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Bericht
Fachhochschule Nordhausen Fachbereich Ingenieurwesen Studiengang Flächen- und Stoffrecycling Weinberghof 4 / 99734 Nordhausen Forschungsbericht Untersuchung des hydraulischen und mechanischen Langzeitverhaltens von Vertikaldränagen an erdberührten Bauwerken Projektleiter: Dr. – Ing. Uwe Groß (Vertretungsprofessor an der FH Nordhausen) Dr. – Ing. Ulf Köhler (ehem. Vertretungsprofessor an der FH Nordhausen) Prof. Dr. Ch. C. Juckenack (Rektor an der FH Nordhausen) Mitarbeiter: Dipl. –Ing. Helmut Zanzinger (SKZ Würzburg) Dipl. –Geol. Norbert Stuth (FH Nordhausen) Dipl. –Geol. Dipl. –Ing. Karsten Kurch (FH Nordhausen) Dipl. – Ing. (FH) Torsten Buchwald (FH Nordhausen) Nordhausen / Würzburg, Juni 2003 Der Forschungsbericht wurde mit Mitteln des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung gefördert. (Aktenzeichen: Z 6 – 5.4-01.08 / II 13 – 80 01 01 – 08) Die Verantwortung für den Inhalt des Berichtes liegt beim Autor. 2 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis..............................................................................................................6 Tabellenverzeichnis..................................................................................................................7 Abkürzungsverzeichnis ............................................................................................................8 Vorwort ...................................................................................................................................10 1 Allgemeine Grundlagen.......................................................................................11 1.1 Aktuelle Richtlinien für Dränanlagen ......................................................................11 1.1.1 Begriffsbestimmung nach DIN 4095 ......................................................................11 1.1.2 Dränanlage nach DIN 4095....................................................................................13 1.1.3 Bauteil und Zeichenerklärungen ............................................................................14 1.1.4 Arten.......................................................................................................................16 1.2 Dränanlagen an erdberührten Bauwerken .............................................................18 1.2.1 Das System Dränung – Abdichtung – Wärmedämmung .......................................18 1.2.2 Bauformen..............................................................................................................20 1.2.3 Vertikaldränage ......................................................................................................27 1.3 Einwirkungen auf die Wirksamkeit von Dränelementen.........................................28 1.3.1 Lokale Verformung des Sickerkörpers ...................................................................28 1.3.2 Kriechverformung des Sickerkörpers .....................................................................28 1.3.3 Einbaubeanspruchungen der Dränelemente .........................................................29 1.3.4 Anschlüsse an die Dränanlage ..............................................................................29 1.3.5 Chemische Einflüsse..............................................................................................30 1.3.6 Biologische Einflüsse .............................................................................................31 1.3.7 Alterungsschäden ..................................................................................................32 1.4 Bauschäden ...........................................................................................................33 1.4.1 Schäden durch Wasser verursacht ........................................................................33 1.4.2 Planungsfehler .......................................................................................................34 1.4.3 Schäden durch Material verursacht .......................................................................35 2 Bauschadensstatistik des IBW in Weimar.........................................................36 2.1 Gesamtverteilung der Schäden nach Baugruppen (nach ZEBAS) ........................36 2.2 Gesamtverteilung der Schäden nach Verursachung (nach ZEBAS 2001) ............37 2.3 Schadenserhebung bei Bauwerksabdichtungen und Dränanlagen .......................39 3 Bewertungen von Richtzeichnungen für Dränsysteme....................................40 3.1 Auswahl der Firmen ...............................................................................................40 3.2 Richtzeichnungsfehler............................................................................................40 3.2.1 Zeichenfehler .........................................................................................................41 3.2.2 Einbaufehler ...........................................................................................................44 3 3.2.3 Systematische Fehler.............................................................................................47 4 Labortechnische Untersuchungen an der FH Nordhausen .............................49 4.1 Zielsetzung.............................................................................................................49 4.2 Versuche zur Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit von KMB ..........................50 4.2.1 Vorbetrachtungen...................................................................................................50 4.2.1.1 Materialauswahl..................................................................................................50 4.2.1.2 Trockenschichtdickenmessung...........................................................................52 4.2.1.3 Probekörperherstellung ......................................................................................54 4.2.1.4 Theoretische Grundlagen für die Nullversuche ..................................................56 4.2.1.5 Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwertes und der Filtergeschwindigkeit .......60 4.2.2 Versuchsdurchführung ...........................................................................................62 4.2.2.1 Nullversuche .......................................................................................................62 4.2.2.2 Wasserdurchlässigkeitsmessung .......................................................................62 4.2.3 Versuchsergebnisse...............................................................................................64 4.2.3.1 Nullversuche .......................................................................................................64 4.2.3.2 Wasserdurchlässigkeitsmessung .......................................................................64 4.2.4 Auswertung der Versuche zur Durchlässigkeit ......................................................66 4.2.4.1 Nullversuche .......................................................................................................66 4.2.4.2 Wasserdurchlässigkeitsmessung .......................................................................66 4.3 Schadenssimulierung von KMB / Belastungsversuche..........................................68 4.3.1 Belastungsversuch mit Geokunststoffelementen ...................................................68 4.3.1.1 Durchführung des Belastungsversuches mit Geokunststoffelementen ..............68 4.3.1.2 Ergebnisse des Belastungsversuches mit Geokunststoffelementen ..................69 4.3.2 Einbaubeanspruchung (Nägel) ..............................................................................70 4.3.2.1 Durchführung der Einbaubeanspruchung mit Nägeln.........................................70 4.3.2.2 Ergebnisse der Einbaubeanspruchung mit Nägeln ............................................70 5 Labortechnische Untersuchungen vom SKZ Würzburg ..................................71 5.1 Versuchsmaterial ...................................................................................................71 5.2 Versuchsdurchführung ...........................................................................................72 5.2.1 Druckversuche .......................................................................................................72 5.2.2 Fallversuche...........................................................................................................72 5.2.3 Schutzwirksamkeitsversuche .................................................................................73 5.2.4 Einbaubeschädigungsversuche .............................................................................74 5.2.5 Scherversuche .......................................................................................................75 5.2.6 Druck-Kriechversuche mit Schubbeanspruchung ..................................................76 5.2.7 Wasserableitvermögen der unbeanspruchten Proben...........................................77 5.2.8 Wasserableitvermögen nach Einbaubeschädigung ...............................................77 4 5.3 Versuchsergebnisse...............................................................................................78 5.4 Beurteilung .............................................................................................................78 5.5 Schlussfolgerungen................................................................................................83 6 Erarbeitung und Durchführung eines Großversuches.....................................84 6.1 Versuchsaufbau .....................................................................................................84 6.2 Materialauswahl .....................................................................................................85 6.3 Durchführung .........................................................................................................88 6.4 Besonderheiten beim Einbau .................................................................................90 6.5 Versuchsauswertung..............................................................................................91 6.5.1 Auswirkungen des Versuches auf die einzelnen Dränprodukte.............................91 6.5.2 Bewertung der einzelnen Dränprodukte.................................................................95 6.6 Vorschläge für weiterführende Untersuchungen....................................................98 7 Vergleich der Ergebnisse des Großversuches und der Laborversuche ......100 8 Zusammenfassung ............................................................................................101 Literatur- und Quellenverzeichnis.........................................................................................102 5 Abbildungsverzeichnis Abb.: 1 Dränanlage nach DIN 4095 ................................................................................13 Abb.: 2 Schema zur Grobgliederung der Geokunststoffe (FRANZIUS INSTITUT 1991) ......16 Abb.: 3 Schichtenaufbau einer Vertikaldränage (nach MC-BAUCHEMIE MÜLLER) ......19 Abb.: 4 Einteilung der Bauformen von Dränanlagen (aus BUCHWALD 2002) .................20 Abb.: 5 Bauformen von Noppenbahnen (aus BUCHWALD 2002) .....................................21 Abb.: 6 Beispiel einer Noppenbahn mit Filtervlies (aus OBS 2002) ................................21 Abb.: 7 Darstellung unterschiedlicher Noppenbahnen....................................................22 Abb.: 8 Beispiel einer Geomatte mit Filtervlies (aus NAUE 2002)....................................23 Abb.: 9 Beispiele unterschiedlicher Geonetze (aus Polyfelt 2002)..................................24 Abb.: 10 Beispiel einer Dränsteinwand (aus BETONWERK RAU 2002) ...............................25 Abb.: 11 Beispiel einer Dränplatte (aus FRÄNKISCHE 2002) ..............................................26 Abb.: 12 Gesamtverteilung der Schäden nach Baugruppen (nach ZEBAS).....................37 Abb.: 13 Zeitpunkt der Mängel- und/oder Schadensfeststellung (nach ZEBAS) ..............38 Abb.: 14 Darstellung des Dränsystems (aus BUCHWALD 2002) ........................................45 Abb.: 15 Wasserdurchlässigkeitsmessgerät – Messzelle .................................................57 6 Tabellenverzeichnis Tab.: 1 Bauteil und Zeichenerklärung nach DIN 4095 ....................................................14 Tab.: 2 Verteilung der Schadensverursachung (nach ZEBAS 2001)..............................38 Tab.: 3 Hauptschadensgruppen an den Bauteilen Abdichtung und Dränanlagen ..........39 Tab.: 4 Verbrauch an Bitumendickbeschichtung für die Lastfälle ...................................51 Tab.: 5 Verteilungsmuster zur Durchlässigkeitsmessung ...............................................62 Tab.: 6 Durchlässigkeitsbeiwerte der Porenbetonkörper ................................................64 Tab.: 7 Durchlässigkeitsbeiwerte bei 2 mm Nassschichtdicke .......................................65 Tab.: 8 Durchlässigkeitsbeiwerte bei 3 mm ....................................................................66 Tab.: 9 Übersicht der Versuchsergebnisse des SKZ in den Anlagen .............................78 7 Abkürzungsverzeichnis Al Aluminium ATV Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen BAM Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung Berlin BxHxL Breite mal Höhe mal Länge CaO Kalziumoxid DIBt Deutsches Institut für Bautechnik DIN Deutsches Institut für Normung (Normen) DN Rohr-Innen-Durchmesser DPL Dynamic Probing Light (leichte Rammsonde) EAN Europäische Artikelnummer EN ISO Europäische Norm der „International Organization for Standardization“ EPS expandiertes Polystyrol Fe Eisen FHN Fachhochschule Nordhausen °dH Grad deutsche Härte GefStoffV Gefahrstoffverordnung Gew.-% Gewichtsanteil in Prozent GGVS Gefahrgutverordnung Straße GOK Geländeoberkante GRK Geotextil-Robustheitsklasse HGW höchster anzunehmender Grundwasserstand IBW Institut für Bauschadenforschung Weimar kf Durchlässigkeitsbeiwert KMB kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung LF Lastfall M.-% Massenanteil in Prozent MS Messing OSB – Platte Oriented Strand Boards – Flachpressplatte O90 Öffnungsweite PA Polyamid PE – HD Polyethylen (high density), hoher Dichte PE – LD Polyethylen (low density), niedriger Dichte PE Polyethylen PET Polyester PG-KMB Prüfgesellschaft kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung 8 pH – Wert negativer, dekadischer Logarithmus Ionenkonzentration PP Polypropylen PVC Polyvinylchlorid SKZ Süddeutsches Kunststoff-Zentrum Würzburg UG Untergruppe ÜHP Übereinstimmungserklärung des Herstellers VbF Verordnung über brennbare Flüssigkeiten VOB Verdingungsordnung für Bauleistungen Vol.-% Volumenanteil in Prozent WU-Beton wasserundurchlässiger Beton ZEBAS Zustandserfassungsstelle für Bauschäden 9 der Wasserstoff - Vorwort In vielen Bereichen des Ingenieurbaus hat der Schutz erdberührter Bauwerke vor Bodenfeuchtigkeit und Wasser eine große Bedeutung. Dafür werden heutzutage die unterschiedlichsten Produktauswahl Abdichtungs- und und -verarbeitung Dränelemente sind Bauschäden verwendet. an Durch erdberührten falsche Bauwerken vorprogrammiert. Begründet durch einen sehr hohen Schadensanteil und die zunehmende Bedeutung von Abdichtungs- und Dränelementen, wurden Betrachtungen und Untersuchungen am System der Vertikaldränanlagen als notwendig erachtet. Aufgrund dieser Probleme wurde durch die Fachhochschule Nordhausen ein Forschungsantrag an das Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung eingereicht. Ziel des Forschungsvorhaben ist, die tatsächlichen Beanspruchungen durch großmaßstäbliche Simulation zu beschreiben und durch vergleichende Laboruntersuchungen signifikante Parameter zu finden, welche die langfristige Funktionstüchtigkeit sicherstellen können. In diesem Rahmen wurden umfangreiche Betrachtungen zum Thema der Vertikaldränanlagen und der Bauwerksabdichtungen vorgenommen. Diese lassen sich in die folgenden beiden Themenbereiche gliedern: • Themenbereich 1 – „Verhalten von Vertikaldränagen an erdberührten Bauwerken / Untersuchungen von Einwirkungen auf die Wirksamkeit von Dränelementen“ • Themenbereich 2 – „Verhalten von Vertikaldränagen an erdberührten Bauwerken / Untersuchung von Einwirkungen auf Abdichtungssysteme“ Beide Themenbereiche wurden an der Fachhochschule Nordhausen als Diplomthema bearbeitet und bilden die Grundlage des Forschungsberichtes. Das primäre Ziel stellt die Vermeidung von zukünftigen Bauschäden dar. Ebenso soll die Produktauswahl für Anwender überschaubarer werden. Die Regelwerke sollen verbessert werden, indem eine sinnvolle Beschreibung der Anforderungen an die Abdichtungs- und Dränelemente möglich wird. Ein weiterer wichtiger Bestandteil ist die Erarbeitung von technischen und ökonomischen Bewertungskriterien. Das gesamte Forschungsvorhaben steht im Kontext schadenfreies Bauen und soll einen Beitrag zur Vermeidung von Baumängeln in Planung und Ausführung geben. Mit Hilfe der Bauschadensstatistik des Bauforschungsinstitutes Weimar wurden die wesentlichen Bauschäden und –mängel spezifiziert und ausgewertet, um Lösungsansätze für spätere Anwendungen mit Dränprodukten und Abdichtungsstoffen zu finden. 10 1 Allgemeine Grundlagen 1.1 Aktuelle Richtlinien für Dränanlagen Die aktuellen Richtlinien für Dränanlagen sind in der DIN 4095 „Dränung zum Schutz baulicher Anlagen, Planung, Bemessung und Ausführung“, enthalten. Die im weiteren verwendeten Begriffe, Zeichenerklärungen und relevanten Inhalte wurden an die Ausgabe Juni 1991 der DIN 4095 angelehnt. 1.1.1 Begriffsbestimmung nach DIN 4095 Dränung ist die Entwässerung des Bodens durch Dränschicht und Dränleitung, um das Entstehen von drückendem Wasser zu verhindern. Dabei soll ein Ausschlämmen von Bodenteilchen nicht auftreten (filterfeste Dränung). Eine Dränanlage besteht aus Drän, Kontroll- Spüleinrichtungen sowie Ableitungen. Drän ist der Sammelbegriff für Dränleitung und Dränschicht. Dränleitung ist die Leitung aus Dränrohren zur Aufnahme und Ableitung des aus der Dränschicht anfallenden Wassers. Dränschicht ist die wasserdurchlässige Schicht, bestehend aus Sickerschicht und Filterschicht oder aus einer filterfesten Sickerschicht (Mischfilter). Filterschicht ist der Teil der Dränschicht, der das Ausschlämmen von Bodenteilchen infolge fließenden Wassers verhindert. Sickerschicht ist der Teil der Dränschicht, der das Wasser aus dem Bereich des erdberührten Bauteils ableitet. Dränelement ist da Einzelteil für die Herstellung eines Dräns: z.B. Dränrohr, Dränmatte, Dränplatte, Dränstein. Dränrohr ist der Sammelbegriff für Rohre, die Wasser aufnehmen und ableiten. Stufenfilter ist der Teil der Dränschicht, der aus mehreren Filterschichten unterschiedlicher Durchlässigkeit besteht. 11 Mischfilter ist der Teil der Dränschicht, der aus einer gleichmäßig aufgebauten Schicht abgestufter Körnung besteht. (Anmerkung: Dieser kann auch die Funktion der Sickerschicht übernehmen.) Schutzschicht ist die Schicht vor Wänden und auf Decken, welche die Abdichtung vor Beschädigungen schützt. (Anmerkungen: Die Dränschicht kann auch Schutzschicht sein.) Trennschicht ist die Schicht zwischen Bodenplatte und Dränschicht, die das Einschlämmen von Zementleim in die Dränschicht verhindert. 12 1.1.2 Dränanlage nach DIN 4095 Die Dränleitung eines erdberührten Bauwerkes ist nach DIN 4095 entlang der Außenfundamente so anzuordnen, dass das gesamte anfallende Wasser, also Oberflächenwasser, Kapillarwasser sowie anstehendes Stau- und Schichtwasser, gefasst wird. Allgemein wird dieses als Ringdrän bezeichnet. Die vorgeschriebenen Abstände und Abmessungen der Kontroll- bzw. Spülrohre sind aus den Tabellen der DIN 4095 zu entnehmen. Beachtet werden muss, dass die durch ihre bauartlich bestimmten Eigenschaften verwendete Dränschicht nicht als Versickerungsschicht für anfallendes Oberflächenwasser der Dachfläche verwendet werden darf. Die im nachfolgenden dargestellte Richtzeichnung einer Dränanlage ist an die Vorlagen und Zeichenerklärungen der DIN 4095 angelehnt. Abb.: 1 Dränanlage nach DIN 4095 13 1.1.3 Bauteil und Zeichenerklärungen Die Bauteil und Zeichenerklärungen der DIN 4095 sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen: Tab.: 1 Bauteil und Zeichenerklärung nach DIN 4095 Bauteil Filterschicht Art Zeichen Sand Geotextil Sickerschicht Kies Einzelelement (z.B. Dränstein, -platte) Dränschicht Kiessand Verbundelement (z.B. Dränmatte) Trennschicht z.B. Folie Abdichtung z.B. Anstrich, Bahn Dränleitung Rohr Spülrohr, Rohr Kontrollrohr Spülschacht, Fertigteil Kontrollschacht, Übergabeschacht 14 Die Bauteil- und Zeichenerklärungen sind in der DIN 4095 enthalten, um eine Vereinheitlichung der verwendeten Dränbauteile und Schichtenaufbauten zu gewährleisten. Sie entsprechen somit den allgemein gültigen Normen. Die von den Herstellern am wenigsten eingesetzte Bauteilbezeichnung und Zeichenerklärung betrifft die Abdichtungsschicht. Die Abdichtungsschicht wird in den meisten Fällen nur als einfache Linie dargestellt. Diese Vereinfachung kann zu Irritierungen und Verwechslungen mit anderen Bauteilen der Dränanlage führen. 15 1.1.4 Arten Bei der Unterteilung der Geotextilien muss eine Betrachtung der gesamten Geokunststoffe vorrangestellt werden (FRANZIUS INSTITUT 1991). Geokunststoffe wasserdurchlässig wasserundurchlässig Geotextilien Gewebe Verwandte Produkte Sonderformen Dichtungsbahnen Sonstige Geonetze/Geogitter Sonstige Vliesstoffe Verbundstoffe Kunststoffdichtungsbahnen Abb.: 2 Schema zur Grobgliederung der Geokunststoffe (FRANZIUS INSTITUT 1991) Die Einteilung der Geotextilien, die im folgenden beschrieben wird, dient dem besseren Verständnis der Produkteigenschaften, die aus den unterschiedlichen Herstellungsarten resultieren. Vliesstoffe Vliesstoffe entstehen aus Filamenten oder Spinnfasern, die durch eine Verfestigung ihre Eigenschaften erhalten. Diese Filamente sind Fasern oder Drähte mit praktisch unbegrenzter Länge, wohingegen die Spinnfasern nur eine Länge von wenigen Zentimetern aufweisen. Eine Verfestigung der Fasern kann auf mechanischem, adhäsiven oder kohäsiven Wege erfolgen. Durch die regellos angeordneten Fasern sind ihre mechanischen Eigenschaften weitgehend richtungsunabhängig. Da die bei der Herstellung produzierten Vliesstoffe meist flexible Flächengebilde darstellen, besteht nur eine geringe Gefahr von Beschädigung des Gefüges aufgrund ihrer guten Anpassung an unebene Unterlagen. Es wurden auch keine wesentlichen Veränderungen im Filter- und Zusammendrücken oder Dehnung registriert. 16 Trennverhalten der Vliesstoffe durch Gewebe Bei der Herstellung von Geweben kreuzen sich zwei Fäden verschiedener Fadensysteme. Die mechanischen Eigenschaften sind abhängig von der Anordnung der Fäden. Je nach Ausrichtung und Fadenwahl kann eine bestimmte Richtungsabhängigkeit erzeugt werden. Daraus resultiert auch der hauptsächliche Einsatz der Gewebe als Bewehrung, vorrangig im Straßen- und Deponiebau sowie als Hangsicherungsmaterial. Beim Zerreißen eines oder mehrerer Garne des Gewebes tritt eine Verringerung der Festigkeit in Garnrichtung auf. Eine Veränderung der Filtereigenschaften durch Zusammendrücken konnte nicht festgestellt werden, es ist jedoch eine Veränderung der Gewebeöffnungen durch Dehnung möglich. Verbundstoffe Beim Einsatz von Verbundstoffen im Bereich der Vertikaldränage wird eine Kombination von günstigen Produkteigenschaften der Geotextilien für ein bestimmtes Bauvorhaben erzeugt. Es werden die unterschiedlichen Eigenschaften der Stoffe so in einen Schichtenaufbau gebracht, dass jede einzelne Schicht ihre für den Gesamtaufbau günstigsten Eigenschaften am besten entfalten kann. Die Verbindung der einzelnen Schichten kann durch Vernadeln, Verschweißen, Vernähen oder durch Verkleben erfolgen. Eine Kombination der Verbindungsarten kann zu einer Zunahme der Festigkeit führen. Ergebnis dieser Zunahme ist eine Risikominimierung der Gefahrenquellen. Sonderformen Die Sonderformen der Geotextilien und artverwandter Produkte liegen im Bereich der Geomatten, Noppenbahnen und EPS – Platten. Sie sind keinem der angegebenen Gliederungspunkte genau zuzuordnen. 17 1.2 Dränanlagen an erdberührten Bauwerken Die Dränanlagen an erdberührten Bauwerken werden zur Ableitung des im Erdreichs vorhandenen Wassers eingesetzt. Die Besonderheit der untersuchten Dränelemente besteht darin, dass sie aus Geokunststoffen bestehen. Durch aufgebrachte Vliese oder verwendete mineralische Filterschichten gelangt das vorhandene Wasser in die vertikale Dränschicht. Aus der vertikalen Dränschicht wird das Wasser in den horizontalen Ringdrän oder die Sickerschicht abgeleitet. Der angeschlossene Ringdrän sollte dabei einer regelmäßigen Wartung unterzogen werden, um eine uneingeschränkte Funktionsfähigkeit des Systems zu gewährleisten. 1.2.1 Das System Dränung – Abdichtung – Wärmedämmung Um ein erdberührtes Bauwerk ausreichend vor äußeren Einflüssen wie Wasser oder Kälte zu schützen sind verschiedene Maßnahmen notwendig. Im Kontaktbereich eines Gebäudes zum Erdreich sind spezielle Anordnungen zum Schutz der Bausubstanz erforderlich. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um drei entscheidende Gewerke. Diese sind zum einen die Abdichtungsschicht und zum anderen eine Dränschicht mit dazugehöriger Filterschicht und Sickerschicht. Als zusätzlichen Bestandteil kann man eine der Wärmedämmung bzw. -isolation dienende Schicht hinzufügen. In einigen Fällen werden des weiteren Schutzschichten zwischengebaut, um Beschädigungen an den anderen Schichten zu vermeiden. Sie werden in Abhängigkeit von eingesetzten Materialien beziehungsweise in Abhängigkeit der Funktionsweise eingebaut. 18 In der Abbildung 3 soll ein vereinfachter Schichtenaufbau verdeutlicht werden, wobei die Schutzplatte die Funktionen von Wärmedämmung und Dränelement vereint (nach MCBAUCHEMIE MÜLLER). Abb.: 3 Schichtenaufbau einer Vertikaldränage (nach MC-BAUCHEMIE MÜLLER) Im Regelfall ist der komplette Aufbau dieses Systems erforderlich und in der Praxis ist auf eine fachgerechte Ausführung zu achten. Ferner können kleinste Fehler sehr große Schäden an der Bausubstanz zur Folge haben. Besondere Beachtung gilt der Kombination einer Dränanlage mit einer Filterschicht, welche prinzipiell eine zusammengehörige Einheit darstellen. Für die einwandfreie und uneingeschränkte Funktionsfähigkeit der Dränanlage ist eine Filterschicht unverzichtbar. Sie sorgt dafür, dass keinerlei Partikel des umgebenden Bodens in die Dränanlage gespült werden und sich diese im Laufe der Zeit nicht zusetzen kann. Problematisch kann sich eine Abdichtung ohne vorhandene Dränanlage darstellen, wenn sich das Gebäude in Bereichen mit auftretenden Stauwasser befindet. 19 1.2.2 Bauformen Aufgrund der verschiedenen Einsatzgebiete, den erforderlichen Beanspruchungen, den damit verbundenen unterschiedlichen Produkteigenschaften sowie den unterschiedlichen, am Markt befindlichen Herstellern haben sich eine Vielzahl an Dränelementen für den Einsatz an erdberührten Bauwerken entwickelt. Diese Entwicklung schreitet ständig fort, da die Geokunststoffe zum heutigen Zeitpunkt noch einen sehr jungen Zweig in der Baustoffentwicklung und –verwendung darstellen. Sie stehen in starker Konkurrenz mit den konventionellen sowie den naturnahen Baustoffen. Die in dieser Arbeit betrachteten Vertikaldränagebaustoffe wurden auf 5 Hauptgruppen begrenzt. Die Auswahl der Baustoffe kann um eine neue Kategorie der Dränprodukte ergänzt werden, da die Schaumstoffbahn keiner der aufgeführten Gruppen zuzuordnen ist. Dieses Dränelement besteht aus Recyclingmaterial aus der Automobil – Produktion. Die thermisch verklebten Schaumstofflocken sind mit einem thermisch aufkaschiertem Vlies als Filterschicht verbunden. Der so entstandene Verbundstoff wird in Rollenform angeboten. Bauformen von Dränanlagen an erdberührten Bauwerken Geokunststoffe Geonetze mineralische Baustoffe Noppenbahnen Geomatten Dränsteine mineralische Sickerschicht Dränplatten Schaumstoffbahnen Abb.: 4 Einteilung der Bauformen von Dränanlagen (aus BUCHWALD 2002) 20 Noppenbahnen Noppenbahnen mit Filterschicht ohne Filterschicht (Schutz- und Dränagefunktion) Vlies (nur Schutzfunktion) Gewebe (beide Bauformen gegebenenfalls mit Gleitfolie) Abb.: 5 Bauformen von Noppenbahnen (aus BUCHWALD 2002) Abb.: 6 Beispiel einer Noppenbahn mit Filtervlies (aus OBS 2002) 21 Als Noppenbahnen werden diejenigen Dränsysteme bezeichnet, die ihre Dränagewirkung, ihre Wasserableitfähigkeit durch gleichmäßig auf einer Bahn angeordneter runder oder trapezförmiger Noppen erhalten. Mit den zum gegenwärtigen Zeitpunkt sich auf dem Markt befindlichen Noppenbahnen werden hohe Abflussleistungen erreicht. Das Filtervlies auf der Noppenbahn, wird nach außen, in Richtung des anstehenden Erdreiches, Verarbeitung angebracht. und Diese keiner Bauweise garantiert Einbaubeschädigung, eine bei einer lange ordnungsgemäßen Lebenserwartung der wasserabführenden Dränelemente. Durch das Aufbringen des Filtervlieses können Korngrößen bis ca. 0,1 mm des anstehenden Erdreiches zurückgehalten werden. Im Gegensatz dazu stehen die Noppenbahnen ohne Filtervlies. Diese Bauform wird am Bauwerk so angebracht, dass die Noppen nach innen, zum Bauwerk hin, eingebaut werden. Bei dieser Ausführung handelt es sich nur um einen mechanischen Grundmauerschutz ohne eigentliche Dränagefunktion. Diese Bauweise ist jedoch nur bei einer stabilen Abdichtungsschicht (z.B. Bitumenbahn) möglich. Sie stellt unter Dränageaspekten nur eine Verschiebung des anstehenden Stauwassers in Richtung einer zusätzlichen einzubauenden Kies-Sickerschicht dar. Die Form der Noppen variiert von Hersteller zu Hersteller. So werden Noppenbahnen mit unterschiedlichen Winkeln und Anordnungen der Noppen angeboten. In der Ausführung der Bahnen wird in einseitige und beidseitige Noppenbahnen unterschieden. Bei den einseitigen Noppenbahnen ist die Einbaurichtung weitgehend vorgegeben bei den Beidseitigen ist dieses nicht der Fall. beidseitige Noppenbahn Abb.: 7 einseitige Noppenbahn Darstellung unterschiedlicher Noppenbahnen 22 Geomatten (Wirrgelege) Abb.: 8 Beispiel einer Geomatte mit Filtervlies (aus NAUE 2002) Bei den Geomatten handelt es sich um eine Form der Dränschicht, bei der beachtet werden muss, dass sie aufgrund ihrer lockeren Bauweise geringere Druck- und Schubkräfte aufnehmen kann. Sie sind in verschiedenen Kombinationen mit Filtervliesen erhältlich. Zum Schutz der Dränagewirkung der Geomatten wird ein einseitiger oder sogar beidseitiger Einsatz eines Vlieses entsprechend der Anforderungen an die Dränanlage empfohlen. Durch ihre flexiblere Gestaltung können die Geomatten leichter in schwer zugängliche Bereiche des Baugrundes eingebracht werden. Sie können auch nahtlos an der Gebäudesohle weitergeführt werden. Es werden von einigen Herstellern Geomatten mit einer Gleitfolie versehen. 23 Geonetze Abb.: 9 Beispiele unterschiedlicher Geonetze (aus Polyfelt 2002) Bei den Geonetzen handelt es sich um einen druckfesten Verbundstoff aus einem Kunststoffnetz und einem ein- oder beidseitig aufkaschiertem Vlies. Diese Art der Dränanlage wird hauptsächlich als Flächendränage im Deponie- und Straßenbau verwendet. Ein Gebrauch als Vertikaldränage an erdberührten Bauwerken ist nur wenig gebräuchlich. Bei gering anfallenden Wässern oder starken Erdrücken senkrecht zur Wand, dürften die Geonetze ebenso Vorteile gegenüber anderen Vertikaldränagen besitzen, wie bei starken Schubkräften. Geonetze werden in unterschiedlichen Bauformen vertrieben. Sie werden in 2-lagiger oder 3-lagiger Bauweise angeboten. Je nach Bauweise ist eine gerichtete oder ungerichtete Wasserableitung realisierbar. 24 Dränstein Abb.: 10 Beispiel einer Dränsteinwand (aus BETONWERK RAU 2002) Der Schutz der Dichthaut vor mechanischer Beschädigung kann durch den Einsatz einer Dränwand aus Betonsteinen erzielt werden. Für die dauerhafte Filterung des andrängenden Wassers eignen sich Betonsteine aus haufwerksporigem Spezialbeton ohne kapillare Saugwirkung. Dränsteine sind Hohlkörper die im Verband, ohne Vermörtelung, an das Mauerwerk angelegt werden. Sie wirken sowohl als Sickerschicht und als Filterschicht und bieten eine Sicherung der Dichthaut, wenn gewährleistet ist, dass während der Bauphase zwischen Dichtung und Betonsteinen keine harten Einschlüsse geraten und Ecken und Kanten sorgsam gearbeitet wird. Ergänzt sollte dieses noch durch den üblichen Ringdrän werden. 25 Dränplatten (Sickerplatten) Abb.: 11 Beispiel einer Dränplatte (aus FRÄNKISCHE 2002) Die Dränplatten lassen sich in zwei Hauptgruppen unterteilen. Die erste Gruppe besteht aus einer Verbindung von aufgeschäumten Polystyrolkugeln und einem bitumenhaltigen Kleber an den Berührungspunkten (Dränung in der Platte). Die Kugelstruktur gewährleistet ein hohes Porenvolumen > 29 %. Die Sickerplatten sind alterungsbeständig und verrottungsfest. Bei der zweiten Gruppe handelt es sich um expandierte Polystyrolplatten (EPS), bei denen durch eine Anbringung vertikaler Oberflächenstrukturen die Abflussleistung erzielt wird (Dränung auf der Platte). Durch ihr geringes Gewicht und die einfache Verarbeitbarkeit lassen sich bei beiden Gruppen gute Verlegeleistungen erzielen (FRÄNKISCHE 2002). 26 1.2.3 Vertikaldränage Ein System, bei dem die Ableitung des vorhandenen Bodenwassers, also die Dränung, vertikal zur Bauwerkswand erfolgt, wird als Vertikaldränage bezeichnet. Der Vertikaldränage steht die Flächendränage eines ganzen Gebietes gegenüber. Die Flächendränage wird häufig im Deponie- oder Straßenbau eingesetzt, wohingegen die Vertikaldränage ihre Anwendung in der Gebäude- und Bauwerkssicherung erfährt. Durch sie kann das Wasser, welches die Bauwerkswand gefährden würde, in eine dafür vorgesehene Dränleitung überführt oder aber bei günstigen Baugrundbedingungen in den Untergrund abgeleitet werden. Die Vertikaldränage ist als ein Teil der gesamten Bauwerkssicherung gegen Wasser zu sehen. Aus diesem Grund kann man ihren Schichtenaufbau nicht von der Abdichtung des Gebäudes trennen. Man muss das Gesamtsystem betrachten, auch mit dem Teil der mineralischen Filterschicht, die sich vor der eigentlichen Vertikaldränage befindet. Betrachtet man die Vertikaldränage als Teilstück der Gebäudesicherung gesondert, so stellt man fest, dass sie in verschiedene Gruppen zu unterteilen ist. Sie kann in verschiedene Bauformen (siehe Kap. 1.2.2) oder verschiedene Systeme gegliedert werden. Ein einzelner Schichtenaufbau ist abhängig von der jeweilig verwendeten Bauform. Bei einem Filterstein stellt dieser die einzige Schicht der Dränanlage dar. Wohingegen bei den Geotextilien eine Vielzahl an Kombinationen mit Trenn- und Filterschichten möglich ist. Diese Unterteilung wiederum in Verbindung mit den mineralischen Sicker- und Filterschichten sowie den Abdichtungsschichten stellt die verschiedenen Dränsysteme dar. Die hier aufgeführten Dränsysteme sind nur eine Auswahl der möglichen Verbindungen. Die Bauausführung der Dränsysteme richtet sich dabei nach den verschiedenen Lastfallannahmen des Wassers nach DIN 18195. Gegebenenfalls können noch zusätzliche Trennschichten am Dränelement angebracht werden. Bei anderen Bauformen der Dränelemente gibt es Systeme ohne Filtervliese. Der Hauptteil der Dränelemente jedoch, ist so gestaltet, dass Filtervliese ein- oder beidseitig angebracht sind. Die Anzahl der Filtervliese richtet sich nach dem Verwendungszweck. 27 1.3 Einwirkungen auf die Wirksamkeit von Dränelementen Die Wirksamkeit und Funktionstüchtigkeit der Dränanlage ist abhängig von den örtlichen Bedingungen und Gegebenheiten sowie den äußeren Einflüssen. Sie sind stark von Umwelteinflüssen sowie den geologischen und hydrogeologischen Verhältnissen geprägt. Durch verschiedene biologische, chemische und mechanische Einwirkungen kann es zu Einschränkungen der Wirksamkeit oder sogar zum Versagen der Dränelemente kommen. Durch einen fachgerechten Einbau, eine regelmäßige Wartung und die Verwendung geeigneter Materialien kann zwar die Wirksamkeit der Dränelemente nicht garantiert, aber das Auftreten von Gefahrenpotentialen für das Dränsystem minimiert werden. 1.3.1 Lokale Verformung des Sickerkörpers Bei der lokalen Verformung des Sickerkörpers wird auf die Verformung des sich im Bereich der Dränanlage befindlichen Erdreiches und der sich vor dem Bauwerk befindlichen mineralischen Sickerschicht eingegangen. Durch mögliche Bewegungen im Untergrund kommt es zur Verformung des Sickerkörpers. Die dadurch entstehenden Gleitflächen haben einen wesentlichen Einfluss auf die Wirksamkeit des Sickerkörpers. Dieses kann zu Einlagerungen von Sperrschichten aus gering oder undurchlässigem Bodenmaterial in die Sickerschicht führen, welche Veränderungen in den Lastfallannahmen des Wassers nach DIN 18195 im Erdreich hervorrufen. So kann es beispielsweise zu einer Verschiebung von Lastfall II (nichtstauendes Sickerwasser) in Richtung Lastfall III (aufstauendes Wasser) durch auftretende Wasserlinsen im Bodenmaterial kommen. Aus diesem Grund sind geologische und hydrogeologische Voruntersuchungen unabdingbar. 1.3.2 Kriechverformung des Sickerkörpers Unter Kriechen versteht man die zeitliche Zunahme der Dehnung, wenn eine konstante Kraft angelegt wird (NORM EN ISO 899 – 1, 1993). Durch die Eigenlast des noch nicht stark verfestigten Bodenmaterials treten Setzungserscheinungen im Bereich des Sickerkörpers auf. Diese Belastungen können bei ungenügender Verdichtung des Materials Schäden an der Dränanlage hervorrufen. Durch Reibung zwischen dem Bodenmaterial und der Vertikaldränage kommt es durch Schubbeanspruchungen zu einer Stauchung im Fußbereich der Dränanlage. An den 28 Befestigungselementen der Dränschicht kommt es wiederum zu Zugbeanspruchungen. Dieses kann bis zu einem Abreißen der Dränelemente führen. 1.3.3 Einbaubeanspruchungen der Dränelemente Die Einbaubeanspruchungen sind in zwei Teilbereiche zu unterteilen. Im Teilbereich 1 ist von einer direkten Beanspruchung der einzubauenden Dränanlage auszugehen, da es hier zu Beschädigungen beim Anbringen der Dränelemente an die Bauwerkswand kommen kann. Hierbei ist darauf zu achten, dass bei der Verbindung der Dränelemente mit der Wand die zwischenliegende Abdichtung nicht beschädigt wird. Eine solche Beschädigung kann durch die verwendeten Mauerwerksanker, die bei der Befestigung einer Noppenbahn benötigt werden, hervorgerufen werden. Im Teilbereich 2 kann es zu Einbaubeschädigungen durch nicht fachgerechte Verdichtung der Sickerschicht im Bereich der Dränanlage kommen. Es ist daher ein lagenweiser Einbau der Sickerschicht ohne sprunghafte Beanspruchungen zu empfehlen. Nur bei einem an die jeweilige Empfindlichkeit der Dränelemente angepassten Einbau entstehen keine Einbaubeschädigungen die eine Minderung des Ableitvermögens bewirken. Bei extremer Belastung ist eine bedeutende Reduktion des Wasserableitvermögens bis hin zur Zerstörung der Filter und Dränstruktur möglich (ZANZINGER / GARTUNG 1999). 1.3.4 Anschlüsse an die Dränanlage Die Vertikaldränage an erdberührten Bauwerken kann durch zwei verschiedene Arten der Entwässerung realisiert werden. Bei ausreichender Sickerfähigkeit und hinreichendem Ableitvermögen des Wasserleiters, angeschlossen an die Gebäudedränanlage, kann gegebenenfalls auf einen entsprechenden Ringdrän um das Bauwerk verzichtet werden. Der übliche Anschluss an die Gebäudedränanlage besteht jedoch aus dem erwähnten Ringdrän. Sie sollte ausreichend dimensioniert und an den geforderten Stellen laut DIN 4095 mit Kontroll- und Spülschächten versehen sein. Der angeschlossene Ringdrän wird entweder in einen geeigneten Grundwasserleiter oder aber beispielsweise in einen vorhandenen Vorfluter abgeleitet. In beiden Fällen ist die Vertikaldränage durch eine Rückstausicherung zu schützen. Die Realisierung der Gebäudeanschlüsse der Vertikaldränage auf die Abdichtungsschicht erfolgt nach den Herstellerrichtlinien und richtet sich nach den unterschiedlichen Produkten. Bei geringmächtigen Dränverbundstoffen werden die Dränelemente überlappend eingebaut. Bei Dränverbundstoffen stärkerer Mächtigkeiten werden die aufkaschierten Filtervliese schon 29 so gefertigt, dass sie Überlappungsstöße bilden. Diese können verklebt, thermisch verfestigt oder mit den Mauerwerksankern an der Dränanlage angebracht werden. Am unteren Ende der Dränanlage sind diese so weit auszuführen, dass sie über die eigentliche Dränfläche hinausreichen und bis in die vorhandene Sickerschicht geführt werden. Die sich bildenden Hohlkehlen zwischen den Dränelementen und dem Anschluss Mauerwerk - Bodenplatte der Bauwerke sind so zu gestalten, dass sie einen schadensfreien Einbau der Dränanlage an dieser Stelle gewährleisten. So ist die entstehende Hohlkehle nach den gegebenen Herstellerrichtlinien mit Mörtel oder Beton auszubilden. 1.3.5 Chemische Einflüsse Vor dem Einbau einer Vertikaldränage sollten aufgrund möglicher chemische Einflüsse auf die Dränanlage, die Zusammensetzung und die Konzentrationen der einzelnen Inhaltsstoffe des Grundwassers bekannt sein oder gegebenenfalls ermittelt werden. Bei ausreichenden Konzentrationen von Kalk oder Eisen im Grundwasser, kann dieses zu Versinterungen (Kalkablagerung im Dränsystem) oder zu Verockerungen (Eisenablagerungen im Dränsystem) führen. Es kann jedoch auch bei sehr aggressiven Wässern, beispielsweise betonangreifender betonaggressiven Wässer, Böden und Wässern Gase; nach Grundlagen DIN und 4030 „Beurteilung Grenzwerte“, zu Kalkausfällungen kommen. Bei der Verwendung von Kalkgestein als mineralische Dränschicht kann der gleiche Effekt auftreten. Diese sind daher nicht als solche zu empfehlen. Die Versinterung des Dränsystems macht sich am stärksten an den Filter- und Dränschichten der Geotextilien bemerkbar. Um eine Versinterung der Geotextilien zu vermeiden oder zu minimieren, sind gegebenenfalls Materialien mit ausreichenden Öffnungsweiten im Filter und Dränsystem zu verwenden. Bei Karbonathärten ≥ 18° dH (≥ 180 mg/l CaO) und bei Veränderungen des KalkKohlensäure- Gleichgewichtes im anstehenden Wasser ist immer mit dem Effekt der Versinterung zu rechnen. Ab einer Karbonathärte von ≤ 7° dH (≤ 70 mg/l CaO) ist im allgemeinen nicht mehr mit einer Verkalkung des Dränsystems zu rechnen. Die Kalkablagerungen im Dränsystem können sowohl in den Dränleitungen als auch in den Schlitzen der Dränrohre bei starken Turbulenzen in der Strömung, aber auch an Stellen mit niedrigen Fließgeschwindigkeiten auftreten. Verockerung ist das Ausfällen von ungelösten Oxidhydraten aus eisen- oder manganhaltigem Wasser. Der zunächst gallertartige, im Wasser schwebende Ocker lagert sich, nach Alterung und Dehydration, tapetenartig ab und verfestigt sich in Form von Ockerplättchen an den Schlitzen der Rohrwandungen. Die Verockerungsgefahr lässt sich 30 aus der Bestimmung des zweiwertigen Eisens (Fe++) und des pH - Wertes des Bodens abschätzen. Der Schwellenwert der Ockergefahr liegt bei etwa 0,5 mg/l Fe++ und einem pH – Wert von 6. Eine Verringerung der Versinterungs- und Verockerungsgefahr ist lediglich durch einen Luftabschluss des Dränsystems erreichbar (MUTH / ZIMMERMANN 1997). Es ist daher genau zu prüfen, ob eine Bauwerksdränanlage bei starker Versinterungs- oder Verockerungsneigung überhaupt eingesetzt werden sollte. Es könnte durch starke Versinterungen oder Verockerungen auch ein gegenteiliger Effekt erzeugt werden. Durch zugesetzte Dränleitungen und den sich durch das anstehende Wasser erhöhenden Druck, wächst die Beanspruchung auf die Außenwand. Bei ständig anstehendem Wasser ist eine Veränderung der Abdichtung der Bauwerkswand schon beim Einbau der selben zu beachten. Die Betrachtung der Auswirkungen verschiedener Chemikalien auf Polypropylen und Polyethylen, die beiden am häufigsten verwendeten Rohstoffe für Geokunststoffe, basiert auf den TERRAM Geosynthetics Datenblättern, da diese hinsichtlich ihrer Vollständigkeit alle Bereiche der chemischen Einflüsse abdecken. Die Tabelle ist als Anlage I „Auswirkungen verschiedener Chemikalien“ beigefügt. 1.3.6 Biologische Einflüsse Ein weiterer Faktor, der sich negativ auf die Dränanlage und ihre Funktionstüchtigkeit auswirkt, sind die biologischen Einflüsse. Unterteilt werden können sie in Einflüsse, die hauptsächlich durch das Einwachsen durch Pflanzen und durch Beschädigungen der Dränanlage durch Tiere entstehen. Die pflanzlichen Einwirkungen auf die Dränanlage beschränken sich hauptsächlich auf ein Zusetzen und damit eine Verminderung der Wasseraufnahme bzw. Wasserweiterleitung der Dränrohre. Durch Wurzelbildung werden die Schlitze in den Dränrohren verschlossen. Der im Dränrohr sich bildende Wurzelstrang verringert den Querschnitt des Dränrohrs und behindert somit einen reibungslosen Ablauf, so dass dieses zu Stauwasser in der Vertikaldränage führen kann. Bei einer Bepflanzung mit Stauden und flachwurzelnden Sträuchern ist die Gefahr nur gering, bei Bäumen sollte ein Abstand vom Gebäude von mindestens 6,0 m eingehalten werden (MUTH / ZIMMERMANN 1997). Bei einer Beschädigung durch Tiere kann man davon ausgehen, dass hierbei wohl vornehmlich Nagetiere einen negativen Einfluss auf die Filter- und / oder Trennschichten ausüben. Durch eine Zerstörung oder durch eine Beschädigung der Filter- und / oder Trennschichten, kann ein gewisser Teil der mineralischen Dränschicht oder des 31 umgebenden Bodenmaterials in die Dränleitungen infiltriert werden. Dieser Eintrag des Bodenmaterials in die Dränrohre hätte kürzere Spül- und Wartungsintervalle zur Folge, die sich negativ auf die Kostenseite der Dränanlage auswirken. Abhilfe würde hier die Verwendung von für die Nagetiere unattraktiven Materialien schaffen. 1.3.7 Alterungsschäden Durch den relativ neuen Einsatzzweig der Geokunststoffe im Bereich der Vertikaldränage gibt es noch keine hinreichenden Betrachtungen in Bezug auf die Alterungsschäden der Dränanlagen. Es können nur modellhafte Betrachtungen, aber kaum Überlegungen hinsichtlich einer dauerhaften Beanspruchung vorgenommen werden. Es gibt jedoch Versuche, die das Kriechverhalten von Geotextilien und geotextilverwandter Produkte betrachten. So wird etwa in der DIN EN 1897 „Bestimmung des Kriechverhaltens unter Druckbeanspruchung“ auf diese Problematik eingegangen. Eine entsprechende allgemeine Norm für Vertikaldränagen gibt es jedoch nicht. 32 1.4 Bauschäden Die Bauschäden an den durch eine Dränanlage gesicherten Gebäuden können durch verschiedenartige Umstände verursacht oder begünstigt werden. Angesprochen werden hierbei lediglich Schäden, die im Bereich der erdberührten Bauwerkswände auftreten können. Die Einteilung wurde in verschiedene Teilgruppen vorgenommen, wobei zusätzliche Beanspruchungen, die hierbei nicht aufgeführt wurden, nicht ausgeschlossen werden können. 1.4.1 Schäden durch Wasser verursacht Der am häufigsten auftretende Schaden an einer Dränanlage wird durch ungenügende Sicherung oder Bemessung der Dränschicht gegen anstehendes oder eindringendes Wasser erzeugt. Beachtet werden muss daher genau, wie sich das Wasser hinsichtlich des Dränsystems verhält. Meist sind die angelegten Ringdräns nicht für die anfallenden Wassermengen dimensioniert oder durch äußere Einflüsse in ihrer Wirksamkeit eingeschränkt. Es wird teilweise mit einer zu geringen Abflussspende gerechnet oder es fehlt eine entsprechende flächenhafte Ableitung des anfallenden Wassers. Die Bauschäden durch Wasser treten hauptsächlich durch eine falsche Einschätzung der vorherrschenden Grundwassersituation auf. Eine Richtlinie, welche die Abflussmengen der Vertikaldränagen hinsichtlich der anstehenden Wassermengen liefert, gibt es nicht. Es ist jedoch in der DIN 18195 die Beschaffenheit der Gebäudeabdichtung, beispielsweise der kunststoff- modifizierten Bitumendickbeschichtung, für die einzelnen Wassermengen geregelt. Es werden nachfolgende Lastfälle unterschieden: Lastfall 1: Bodenfeuchte nach DIN 18195 – 4 Bodenfeuchte ist im Erdreich vorhandenes, kapillar gebundenes und durch die Kapillarkräfte auch entgegen der Schwerkraft fortleitbares Wasser. Die Bodenfeuchte ist als Mindestbeanspruchung im Boden immer vorhanden. Lastfall 2: Nichtstauendes Sickerwasser nach DIN 18195 – 4 Das nichtstauende Sickerwasser ist der Bodenfeuchte ähnlich. Es wird durch Niederschlag verursacht. Mit dem Lastfall des nichtstauenden Sickerwassers kann nur gerechnet werden, wenn der Baugrund bis zu einer ausreichenden Tiefe unter der Fundamentsohle und das 33 Verfüllmaterial der Arbeitsräume aus stark durchlässigen Böden, z.B. Sand oder Kies, besteht. Voraussetzung ist, dass die Böden für in tropfbarflüssiger Form anfallendes Wasser so durchlässig sind, dass es beständig von der Oberfläche des Geländes bis zum freien Grundwasserspiegel absickern kann und sich nicht vorübergehend, beispielsweise bei starken Niederschlägen, aufstaut. Dieses erfordert einen Durchlässigkeitsbeiwert des Bodens (kf) von mindestens 10-4 m/s. Die Feuchtigkeitsbeanspruchung liegt auch vor, wenn bei gering durchlässigen Böden eine Dränung nach DIN 4095 vorhanden ist, deren Funktionsfähigkeit auf Dauer gegeben ist. Lastfall 3: Aufstauendes Sickerwasser nach DIN 18195 – 6 Der Lastfall „Aufstauendes Sickerwasser“ liegt vor, wenn Kelleraußenwände oder Bodenplatten mit Gründungstiefen bis zu 3,0 m unter GOK in wenig durchlässigen Böden und ohne eine Dränung nach DIN 4095 vorhanden sind. Weiterhin müssen Bodenart und Geländeform so beschaffen sein, dass nur Stauwasser zu erwarten ist. Der nach Möglichkeit langjährige ermittelte Bemessungswasserstand muss mindestens 300 mm unter der Unterkante der Kellersohle liegen. Lastfall 4: Drückendes Wasser nach DIN 18195 – 6 (Grundwasser) Gebäude bzw. Bauteile werden gegen drückendes Wasser abgedichtet, wenn sie Grundwasser oder Schichtwasser ausgesetzt sind. Der Lastfall „Drückendes Wasser“ ist unabhängig von Gründungstiefe, Einbautiefe und Bodenart. 1.4.2 Durch Planungsfehler fehlende Dränanlagen an erdberührten Bauteilen kann es zu negativen Beanspruchungen an der Bauwerkswand kommen. Durch eine Wasseranreicherung vor der Bauwerkswand wird einerseits die Kohäsion des abzustützenden Erdreiches bzw. des Erdmaterials herabgesetzt. Dieses hat eine Erhöhung des Erddruckes auf die Wand zur Folge, andererseits kann sich durch den möglicherweise entstehenden Wasserstau an der Bauwerkswand der hydrostatische Druck an der Stützwand erhöhen. Im ungünstigsten Fall kann dieses zu einer Beschädigung der Stützwand führen. Das Fehlen notwendiger Bauteile ist ein weiterer Nachteil für eine funktionsfähige Bauwerksdränanlage. So kann bei einem fehlenden Ringdrän oder bei einem Fehlen der Dränleitungen, das gesammelte Wasser die Vertikaldränage nicht verlassen. Dieses hat die 34 selben Folgen wie das Fehlen der gesamten Dränanlage. Das gleiche Resultat tritt bei einer fehlenden oder defekten Rückstausicherung auf. Durch ein zu gering oder falsch ausgewiesenes Gefälle der Dränleitungen werden die selben Effekte erzeugt. Begünstigend kommt meistens noch hinzu, dass falsche oder unzureichende Materialien eingebaut werden (z.B. Filtermaterialien mit unzureichender Durchlässigkeit). Bei nicht durchdachter Verlegung oder bei fehlender Anordnung von Schutzschichten können die empfindlichen Dränanlagen gestört oder beschädigt werden, was ihre Leistungsfähigkeit einschränkt oder gar verhindert. 1.4.3 Schäden durch Material verursacht Die auftretenden Bauschäden, die durch minderwertiges Material, beispielsweise der Dränschicht oder der Dichtschichten an Gebäuden entstehen, werden hauptsächlich dadurch verursacht, dass es keine allgemeingültige Norm oder Festlegung über die Mindestfestigkeitswerte oder Materialeigenschaften der einzelnen Komponenten gibt. Die Dimensionierung hinsichtlich hydraulischer Leistungsfähigkeit, Filterstabilität, Scherverhalten und mechanischer Robustheit werden häufig nicht vorgenommen. 35 2 Bauschadensstatistik des IBW in Weimar Ausgangspunkt für die Erhebung einer Bauschadensstatistik war die Tatsache, dass die Baumängel und Bauschäden bei Neubauten und Sanierungen zunehmen. Es stellt sich somit die Erfordernis einer gezielten Bekämpfung der Ursachen der Entstehung von Bauschäden und –mängeln. Mittels einer systematischen Bauschadensforschung zur Ursachenermittlung, Auswertung und Bestimmung von Präventivmaßnahmen sollen zukünftige Schadensbilder verhindert werden. Diese Aufgabe wurde vom Institut für Bauschadenforschung Weimar (IBW) in Zusammenarbeit mit der Bauhaus-Universität Weimar und dem Expertenverbund Bauschäden durchgeführt. Die Hauptaufgabe unterlag der systematischen Erfassung und Analyse von Baumängeln und Bauschäden in der Zustandserfassungsstelle „ZEBAS“. Als Grundlage der statistischen Erhebungen dienten die Auswertungen und Analysen von Sachverständigengutachten öffentlich bestellter und vereidigter Bausachverständiger. Als zu untersuchende Objekte wurde die Einteilung in Neubauten und Sanierungsobjekte getroffen, als Erhebungszeitraum stellen sich die Jahre 1994 bis einschließlich 2001 dar. Diese befinden sich vollständig in einem Untersuchungsbereich im Freistaat Thüringen. 2.1 Gesamtverteilung der Schäden nach Baugruppen (nach ZEBAS) Die aufgenommenen Schäden wurden nach Baugruppen bzw. Bauteilen geordnet und ihr prozentualer Anteil an den Gesamtschäden ermittelt. Hierbei zeigt sich der starke Anteil an Schäden im Bereich Keller mit den dazugehörigen Gewerken der Dränung und Abdichtung. Mit 16,4 % stehen sie an dritter Stelle der Gesamtverteilung nach Baugruppen (Abbildung 12). In einem zweiten Schritt erfolgte die Unterteilung der jeweiligen Bauteil-Gruppen in Hauptgruppen. Als logischer Schluss wurden diese Hauptgruppen dann abschließend in Untergruppen in ihre entsprechenden Fehlerursachen aufgeschlüsselt. Ziel dieser Aufgliederung ist das Erkennen, Bewerten und Beurteilen der Schadensbilder und die zukünftige Bekämpfung der Ursachen der Entstehung von Bauschäden und -mängeln. 36 25,2 Außenwände 18,6 Decken/Fußböden 16,4 Keller/Dränagen/Abdichtungen 11,0 Dächer 6,0 Balkone/Terrassen 8,8 Einbauelemente 7,7 Innenwände Gründungen 1,3 2,2 Außenanlagen 2,8 Sonstige 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 Verteilung [%] Abb.: 12 2.2 Gesamtverteilung der Schäden nach Baugruppen (nach ZEBAS) Gesamtverteilung der Schäden nach Verursachung (nach ZEBAS 2001) Ebenso interessant wie die Gesamtverteilung nach Baugruppen ist die Tatsache, innerhalb welcher Zeiträume nach Baubeendigung Schäden und Mängel festgestellt werden. Innerhalb der ersten zwei Jahre treten 82,6 % aller Schäden auf, innerhalb von fünf Jahren sogar 96,9 %. Die Ursache hierfür ist in der hohen Zahl an Ausführungsmängeln, Planungsmängeln und Bauüberwachungsmängeln zu suchen. Hingegen wirken sich Materialfehler, natürlicher Verschleiß und Nutzungsfehler (treten erst nach mehreren Jahren auf) nur in geringer Prozentzahl aus. Ansatz für eine Vermeidung späterer Schäden und Mängel ist daher in den zuerst genannten Mängeln zu finden. In der Tabelle 2 und in der folgenden Abbildung (Abb. 13) ist die beschriebene Situation nochmals veranschaulicht. 37 Tab.: 2 Verteilung der Schadensverursachung (nach ZEBAS 2001) Schadensursache Prozentualer Anteil Materialfehler 4,3 % Natürlicher Verschleiß 5,7 % Nutzungsfehler 7,7 % Bauüberwachungsmängel 10,9 % Planungsmängel 17,8 % Ausführungsmängel 53,6 % 70 66,4 60 Häufigkeit [%] 50 40 30 16,2 20 7,3 10 3,8 3,2 1,6 0,4 1,1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Zeit [a] Abb.: 13 Zeitpunkt der Mängel- und/oder Schadensfeststellung (nach ZEBAS) 38 2.3 Schadenserhebung bei Bauwerksabdichtungen und Dränanlagen Die Aufteilung der gesamten Schäden und Mängel in einzelne Bauteil-Gruppen spielt eine wichtige Rolle bei der Schadensanalyse. Diese Erweiterung der Statistik stellt eine Konkretisierung der Symptome dar und erleichtert somit die Handhabung des Themas. Eine genauere Aussage zu spezifischen Schadensursachen und ihrer Vermeidung kann getroffen werden. Da für diesen Bericht nur der Komplex der Bauwerksdränanlagen und der Bauwerksabdichtung entscheidend ist, werden die anderen Themengebiete nicht weiter berücksichtigt. In der nachfolgenden Tabelle 3 sollen die Mängel- und Schadensgruppen bei Dränanlagen und Abdichtungen aufgegliedert werden. Tab.: 3 Hauptschadensgruppen an den Bauteilen Abdichtung und Dränanlagen Gruppe Nr. Mangel / Schaden Gesamtanzahl Gesamt-% 1. Vertikale Abdichtung – Bitumenbahn 73 9,32 2. Vertikale Abdichtung – 143 18,26 kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung (KMB) 3. Beschädigungen Bahnen und KMB 84 10,73 4. Horizontale Abdichtungen 83 10,60 5. Mauerwerkssperrbahnen 35 4,47 6. Sonstige Abdichtungen 38 4,85 7. Lastfallannahme 100 12,77 8. Dränage – Konstruktion 70 8,94 9. Dränage – Ausführung 113 14,43 10. Spritzschutzstreifen 23 2,94 11. WU-Beton 17 2,17 12. Vertragsabweichungen 4 0,52 Summe: 783 100 39 3 Bewertungen von Richtzeichnungen für Dränsysteme Richtzeichnungen für Dränsysteme stellen einen wichtigen Teil der Betrachtung des Themas dar. Aus ihnen sind sowohl die Einbau- und Verarbeitungshinweise der einzelnen Firmen erkennbar, als auch die Fehler und die sich daraus ergebenen Probleme bei einer späteren Verwendung. Um einen Einblick in diese Thematik zu erhalten, wurde eine umfassende Datenerhebung durchgeführt. Aufgrund der Vielfalt der Firmen in diesem Bereich kann nicht ausgeschlossen werden, dass bei der nachfolgenden statistischen Erhebung nicht alle Firmen berücksichtigt wurden. 3.1 Auswahl der Firmen Bei der durchgeführten Literaturrecherche zum Thema der Vertikaldränagen wurden 75 Firmen aus Deutschland und Europa befragt. Da jedoch nur einige dieser Firmen Geotextilien auch selbst herstellen, wurde aus ihnen eine Auswahl von 16 Unternehmen vorgenommen. Die ausgewählten Firmenkataloge wurden hinsichtlich ihrer angegebenen Richtzeichnungen zum Einbau und zur Verwendung der Dränelemente überprüft. 3.2 Richtzeichnungsfehler Anhand der Richtzeichnungen und Einbauvorschriften der Firmen wurden die nachfolgend aufgeführten Abweichungen untereinander und von den momentan gültigen Normen der DIN 4095 festgestellt. Zeichenfehler • Darstellung der Richtzeichnungen zu sehr vereinfacht • Ungenügende oder fehlende Beschriftungen • Detailzeichnungen fehlen • Geländeoberkante fehlt • Oberkante Planum fehlt • Darstellungen abweichend von der DIN 4095 • Maßstab nicht angegeben • Keine Darstellung des Gesamtsystems 40 Einbaufehler • Falsche Einbaulage der Dränrohre • Einbaurichtung der Dränmaterialien nicht angegeben • Dränelement falsch dargestellt • Bauwerksanschlüsse fehlerhaft • Keine Angaben über die Abdichtung des Bauwerkes • Keine Angaben über eine Befestigung der Dränschichten am Gebäude Systematische Fehler • Lastfallunterschiede nicht angegeben • Angaben über die mineralische Filterschicht fehlen • Bodenart nicht angegeben • Unverhältnismäßigkeit der Darstellung • Abdichtungsschicht des Gebäudes fehlt • Gebäudezweck fehlt Es muss jedoch beachtet werden, dass es sich teilweise um Verkaufs- und Werbematerial der angegebenen Firmen handelt. Exakte Einbauanleitungen existieren von einigen Firmen nicht. Als Einbauhilfen und nutzbare Verarbeitungshinweise sind nicht alle Richtzeichnungen verwendbar oder empfehlenswert. 3.2.1 Zeichenfehler Die hier betrachteten Zeichenfehler sind nicht als direkte Zeichenfehler im Sinne einer DIN zu verstehen, sondern sie resultieren aus dem Vergleich der einzelnen Richtzeichnungen untereinander. So wurden hier lediglich die Diskrepanzen im Hinblick zur Darstellung der Dränanlage laut DIN 4095 dargelegt und erläutert. Darstellung der Richtzeichnungen zu sehr vereinfacht Durch eine zu vereinfachte Darstellung der Richtzeichnungen können Fehler beim Einbaubzw. der Verarbeitung der Dränelemente auftreten. Beispielsweise sind aus diesen Darstellungen keine geeigneten Sicherungs- und Schutzmaßnahmen der anzubringenden Dichtschicht zu erkennen. Einen weiteren Nachteil stellt die unzureichende Darstellung zur Anbringung der Dränschicht an die zu schützende Bauwerkswand in den Zeichnungen dar. Eine Verwendung dieser Zeichnungen als Einbau- bzw. Verarbeitungshilfe ist nicht zu 41 empfehlen. Die Illustrationen können lediglich dem Zweck dienen, sich einen Überblick über das System zu verschaffen oder allenfalls als vereinfachte Darstellung des Sachverhaltes in Produktkatalogen dienen. Ungenügende oder fehlende Beschriftung Bei einer ungenügenden oder sogar fehlenden Beschriftung der Richtzeichnungen ist keine klare Aussage zu unterschiedlich ausfallenden Beanspruchungsarten möglich. Es kann daher zu falschen Einbauten von Dränelementen und Dichtungsschichten kommen, die eine ungenügende oder sogar mangelnde Sicherung des Bauwerks zur Folge haben. Beispielsweise kann es bei einer zu geringen Trockenschichtdicke der eingebauten KMB (kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung) und einem Lastfall von drückendem Wasser (Grundwasser) nach DIN 18195 – 6 zu erheblichen Schäden an der Bauwerkswand sowie zu Schäden im Bereich des Gebäudeinneren kommen. Detailzeichnungen fehlen Bei fehlenden Detailzeichnungen ist nicht genau zu erkennen, wie und in welcher Art und Weise der einzelne Schichtenaufbau für die unterschiedlichen Lastfälle aufzustellen ist. Probleme ergeben sich auch am Bauwerksgrund, wenn die entsprechenden Detailzeichnungen für die Sohlabdichtungen fehlen oder nur andeutungsweise in einer Gesamtzeichnung dargestellt sind. Bei Mauerwerkssperren in den Bauwerkswänden ist eine Erstellung einer Detailzeichnung als Einbauhilfe auch für Fachkundige von Vorteil. Als mangelhaft muss auch angesehen werden, dass es kaum Detailzeichnungen für den oberen Abschluss der Dränschicht unterhalb bzw. oberhalb der Geländeoberkante gib. Geländeoberkante fehlt Ohne eine entsprechende Angabe über die Geländeoberkante kann die zu erwartende Einbauhöhe der einzelnen Dränschichten, vorrangig der mineralischen Dränschicht, nicht abgeschätzt werden. Aus der fehlenden Beschreibung für den Abschluss der Dränschicht kann daher nicht genau abgeleitet werden, wie die jeweiligen Dränschichten einzubauen sind. Es besteht die Möglichkeit, einen Abschluss oberhalb oder aber auch unterhalb der Geländeoberkante zu wählen. Beide Varianten haben Vor- und Nachteile. Bei einem Abschluss unterhalb der GOK ist eine saubere Einleitung des gesamten Oberflächenwassers als fraglich zu erachten. Die Schwierigkeit bei dieser Ausführung besteht darin, die Bauwerksabdichtung so zu gestalten, dass sie auch im Bereich über dem Dränschichtenabschluss wirksam bleibt. Es ist daher ein Abschluss oberhalb der GOK zu 42 empfehlen. Die jedoch am häufigsten gewählte Variante ist die Erweiterung der mineralischen Dränschicht an der Bauwerkswand, so dass eine vollständige Erfassung des an der Oberfläche anfallenden Wassers gewährleistet ist. Oberkante Planum fehlt Bei einer fehlenden Oberkante des Planums kann die sich daraus ergebene mineralische Filterschicht nicht genau berechnet werden, wodurch sich Schwierigkeiten in der Betrachtung der Filterwege ergeben. Gegebenfalls kann ein Teil der Filterschicht bei ausreichender Mächtigkeit als Sickerschicht, bei nichtbenötigter Dränleitung durch eine ausreichende Wasseraufnahme des Untergrundes, angerechnet werden. Durch eine fehlende Angabe der Oberkante des Planums, ist eine Bewässerung des Bauwerkes nicht auszuschließen. Durch ungünstige Lagen zu den Grundwasserleitern kann eine Zufuhr des vorhandenen Wassers begünstigt werden. Darstellung abweichend von der DIN 4095 Die Vorteile einer einheitlichen Darstellung nach DIN 4095 liegt darin, dass die entsprechenden Bezeichnungen der einzelnen Bauteile klar definiert sind. Es sind daher Verwechslungen, beispielsweise der einzelnen Schichtensysteme, ausgeschlossen. Es sollten auch keine Überraschungen bezüglich der Dränwirkung des Untergrundes auftreten, da die DIN 4095 klare Anweisungen zur Betrachtung des Baugrundes darlegt. Bei Abweichungen in den Richtzeichnungen von der DIN können Fehler in der Wahl der mineralischen Dränschicht und bei der Auswahl der Mindestanforderungen an die Dränleitungen auftreten. So wäre es denkbar, dass bei einer Verwendung einer ungeeigneten, mineralischen Dränschicht sowie einer zu geringen Korngröße des verwendeten Materials sich die eingebaute Filterschicht vor der Dränschicht (z.B. Noppenbahn) so zusetzt, dass sie ihre eigentliche Funktion verliert. Bei einer zu groß gewählten Korngröße der Dränschicht kann es zu Beschädigungen der Dränrohre kommen. Maßstab nicht angegeben Durch die fehlende Angabe eines Maßstabes können bedeutende Fehler beim Einbau der Dränschicht oder aber auch beim Aufbringen der KMB gemacht werden. Die Unterschiede zwischen einer Detailzeichnung und der Gesamtzeichnung sind nicht genau nachvollziehbar. Bei einer späteren Verwendung der Richtzeichnung als Bauzeichnung müssen daher alle Maße neu aufgenommen werden. Für den alleinigen Zweck der Richtzeichnungsangabe sind die Zeichnungen ohne Maßstab jedoch völlig ausreichend. 43 Keine Darstellung des Gesamtsystems Bei fehlender Darstellung des Gesamtsystems in den Produktkatalogen hat es sich als schwierig erwiesen, sich einen Überblick über die Funktionsweise einer Dränanlage zu verschaffen. Ohne eine solche Darstellung ist es für den Laien fast unmöglich, sich ein deutliches Bild von den Zusammenhängen der einzelnen Detailzeichnungen zu machen. Erschwerend kommt hierbei die ungenügende oder fehlende Beschriftung und Bezeichnung der Einzel- oder Teilzeichnungen hinzu. 3.2.2 Einbaufehler Die aufgeführten Einbaufehler sind als Folgefehler aus den betrachteten Richtzeichnungen zu sehen. Sie resultieren aus den fehlerhaften Darstellungen. Falsche Einbaulage der Dränrohre Der Einbaufehler eines zu hoch liegenden Dränrohres ist einer der gravierendsten Einbaufehler. Durch eine zu hohe Lage des Dränrohres ist die Ableitung des anfallendes Wassers nicht gewährleistet. Häufig tritt dieser Fehler bei einer nachträglichen Installation einer Dränanlage für ältere Gebäude auf. Bei ungenügenden Informationen über den Untergrund des Gebäudes, einer schlechten Sicherung des Fundamentes und einer zu geringen Ableitung des anfallenden Wassers kann es zu Ansammlungen von Stauwässern an der Gebäudesohle kommen. Diese auftretenden Stauwässer wiederum können bei schlechter oder defekter Schutzschicht zu Schäden am Gebäude beitragen. Man kann hierbei auch von einer „Bewässerung des Gebäudes“ sprechen. Einbaurichtung der Dränmaterialien nicht angegeben Die Darstellung der Einbaurichtung bei Noppenbahnen ist von entscheidender Bedeutung für die richtige Funktionsweise des gesamten Drän- und Schutzsystems eines Bauwerks. Durch eine Vielzahl möglicher Kombinationen einer Dränschicht mit einer Schutzschicht und durch die unterschiedlich angebotenen Produkte kann es leicht zu Verwechslungen bei der Einbaurichtung der Noppenbahnen kommen. Es ist beispielsweise möglich, eine Noppenbahn ohne ein entsprechend aufkaschiertes Vlies bei ausreichender Sicherung des Bauwerks durch eine vorgeschriebene Abdichtung so einzubauen, dass die Noppen nach innen zur Gebäudewand hin ausgerichtet sind. In einem solchem Fall dient die Noppenbahn 44 lediglich als Grundmauerschutzbahn. Bautechnisch ist es aber nicht ratsam, eine Noppenbahn ohne entsprechende Schutzschicht mit den Noppen nach innen zur Bauwerkswand einzubauen, wenn die Wand mit einer Bitumendickbeschichtung versehen wurde. Die einzelnen Noppen würden sich durch den anstehenden Erddruck selbst bei den angegebenen Aushärtzeiten der Hersteller der Dickbeschichtungen in die Dichtschicht eindrücken, wobei sie Schäden anrichten können. Bei einer Noppenbahn mit Vlies hingegen ist der Einbau mit den Noppen zur Bauwerkswand als falsch zu bezeichnen, da somit die Filterwirkung des Vlieses nicht genutzt und die Wasserabfuhr des anstehenden Bodenmaterials verhindert wird. Ebenso kann es zu einer Verschiebung der Gleitflächen des setzungsempfindlichen Auffüllungsmaterials nach dem Einbau kommen. Dränelement falsch dargestellt Durch eine falsche Darstellung des Dränelementes wird eine vermeidbare Verwechslung der Einbaurichtung des Selben gefördert. Entscheidend hierbei ist die Verwendung von Filtervliesen innerhalb des Verbundelementes. Richtig! Abb.: 14 Falsch! Darstellung des Dränsystems (aus BUCHWALD 2002) Bei der richtigen Darstellung des Dränelementes mit Filtervlies muss das Vlies am äußersten linken Rand der Zeichnungen durch eine gestrichelte Linie dargestellt werden. Ist dieses nicht der Fall, so wie im rechten Bild, würde dieses bedeuten, dass es sich bei der eingezeichneten Schicht nicht um eine Dränschicht handelt, sondern um eine Trennschicht. Die Anströmrichtung des Wassers würde in diesem Fall wie durch den Pfeil dargestellt von 45 links bestehen. Die Darstellung der Dränschicht, Sickerschicht und der Trennschicht erfolgte nach DIN 4095. Bauwerksanschlüsse fehlerhaft Die Darstellung der Bauwerksanschlüsse ist in vielen Richtzeichnungen als fehlerhaft zu bezeichnen. Es ist aus den Zeichnungen nicht erkennbar, wie und in welcher Art und Weise eine Sicherung der Bauwerksanschlüsse gegen eintretendes Wasser zu sichern ist. Der Anschluss und der Bauwerksgrund sind als Schwachstellen der Gebäudeabdichtung zu sehen. Bis auf einen Hersteller hat keiner der untersuchten Fabrikanten von Dränelementen sich diesen empfindlichen Bereich mit Detailzeichnungen über Sohlabdichtungen oder Dichtungskehlen gewidmet. So gibt es beispielsweise Hersteller, die ihre Dränelemente direkt auf die Bodenplatte des Gebäudes aufsetzen und sie nicht, wie vorgeschrieben, an ihr vorbei bis zum Dränrohr führen. Es konnten auch kaum genauere Angaben über die Entwässerung des sich unter der Bodenplatte befindlichen Wassers ermittelt werden. Keine Angaben über die Abdichtung des Bauwerkes Eine weitere Schwierigkeit stellt die fehlende Angabe einer optimalen Bauwerksabdichtung für das jeweilige Dränsystem dar. Die Hersteller der Dränschichten legen sich kaum eine Art der Dichtschicht fest. Es ist jedoch empfehlenswert auf die Probleme hinzuweisen, die bei einer ungünstigen Kombination von Abdichtungs- und Dränelementen entstehen können. Keine Angaben über eine Befestigung der Dränschichten am Gebäude Die Befestigung der Dränschicht erfolgt in den meisten Fällen durch Mauerwerksanker. Da diese Befestigung der Dränschicht an der Bauwerkswand eine Beschädigung der Abdichtungsschicht und der Dränschicht mit ihrer gegebenenfalls angeschlossenen Trennschicht zur Folge haben kann, treten bei einer unsachgemäßen Verarbeitung erhebliche Schäden am Gesamtsystem auf. Eine weiteres Problem, welches in diese Kategorie fällt, sind die Abschlüsse der Dränschicht unterhalb der Geländeoberkante und der Abschluss zum Dränrohr. 46 3.2.3 Systematische Fehler Lastfallunterschiede nicht angegeben Bei fehlenden Angaben über die Lastfallunterschiede wird es gerade für Nichtfachkundige schwierig sein, die richtige Wahl für eine Dränanlage zu treffen. So ist beim Lastfall „Bodenfeuchte“ nach DIN 18195 – 4 keine vollständige Dränanlage mit einem entsprechenden Leitungssystem erforderlich. Bei dem Lastfall „nicht stauendes Sickerwasser“ hingegen, im Zusammenhang mit einem bindigen und wenig durchlässigem Boden, ist eine entsprechende Dränanlage unabdingbar. Es ist eine Angabe der Lastfallunterschiede, auch im Zusammenhang mit einem Verweis auf die Abflussmengen, die von der eingebauten Dränschicht aufgenommen werden können, von Vorteil. Somit kann späteren Problemen, die aufgrund ihrer zu geringen Bemessung auftreten, vorgebeugt werden. Angaben über eventuelle mineralische Filterschichten fehlen Bei fehlenden Angaben über eventuell notwendige zusätzliche Filter- bzw. Dränschichten am System kann es bei unsachgemäßer Auswahl der einzubauenden Baustoffe zu Schäden oder Einschränkungen der Wirksamkeit der Dränanlagen kommen. Werden Dränelemente aus Geokunststoff eingebaut, so sind einige Besonderheiten zu beachten. Bei einer zu groß gewählten Korngröße von über 32 mm direkt an der Dränanlage, kann es schon bei der Verdichtung des Bodenmaterials zu Schäden kommen (vgl. Kap. 3.2.2. Einbaufehler). Eine Verringerung des Schadenspotentials ist durch die Verwendung eines geeigneten Filtervlieses zwischen Dränanlage und einzubauendem Bodenmaterial leicht abwendbar. Sollte man jedoch beim Einbau der mineralischen Schicht auf ein Bodenmaterial von beispielsweise 0/16 mm zurückgreifen, liegt die Gefahr in der Versandung der Dränrohre. Es ist daher eine Kiesschicht im Bereich von 8/16 mm nach DIN 4226 Teil 1 „Technische Baubestimmungen; Zuschlag für Beton“ als zusätzliche Schicht an der Dränanlage zu empfehlen. Weitere Angaben über die verschiedenen Schichtenaufbauten können der DIN 4095 entnommen werden. Bodenart nicht angegeben Durch unterschiedliche Baugrundbedingungen ist eine Angabe des jeweilig anstehenden Bodenmaterials notwendig. So kann es zu einem ungleichen Sickerverhalten und unterschiedlichen Setzungserscheinungen im Bereich der Dränanlage kommen. Es können 47 sich im Zusammenhang mit den ungleichen Setzungserscheinungen unterschiedliche Gleitflächen entlang der Baugrubenböschung ausbilden. Unverhältnismäßigkeit der Darstellung Bei einigen Herstellern kam es zu einer unverhältnismäßigen Darstellung des Problems und der Umgebung. So kann man aus diesen Richtzeichnungen nicht die eigentliche Behandlung des Themas erkennen. Es wurde hierbei mehr Augenmerk auf die Darstellung des Gebäudes als auf die Gebäudesicherung gelegt. Für eine Verwendung im Bereich der Vermarktung des Produktes sind diese Skizzen als gerade noch als ausreichend zu erachten. Abdichtungsschicht des Gebäudes fehlt Einer der schwersten Fehler im Vergleich und aus der Analyse der Richtzeichnungen ist ein gänzliches Fehlen der Abdichtungsschicht des Bauwerkes. Durch diesen Fehler ist das Bauwerk, das Innere des Gebäudes als auch die Außenhaut ohne Schutz vor temporär oder dauerhaft anstehendem Wasser. Die einzige Möglichkeit einer solchen Darstellung ohne irgendwelche Auswirkungen oder Schäden am Gebäude selbst, stellt eine Verwendung eines wasserundurchlässigen Betons als Bauwerksgrenze dar. Diese sollte jedoch ebenso in der Zeichnung kenntlich gemacht werden wie die Abdichtungsschicht. Gebäudezweck fehlt Die Angabe des Gebäudezweckes bildet die Grundlage für eine genaue Planung und Auswahl der Drän- bzw. der Abdichtungsschichten des Gebäudes. Wird der Gebäudezweck bei der Wahl der Systeme und die jeweilige Eignung der Systeme nicht berücksichtigt kann es zu Schäden am Bauwerk oder einer Einschränkung in der Nutzung führen. 48 4 Labortechnische Untersuchungen an der FH Nordhausen 4.1 Zielsetzung Ziel der labortechnischen Untersuchungen war es, eine Methodik zur Prüfung von kunststoffmodifizierten Bitumendickbeschichtungen hinsichtlich ihrer Wasserdurchlässigkeit zu entwickeln. Dabei sollten Spezifikationen für einen Indexversuch im Labormaßstab erarbeitet werden. In einem ersten Schritt war die Herstellung geeigneter Probekörper von zentraler Bedeutung. Mit ihrer Hilfe sollte eine einfache und zugleich schnelle Methode zur Prüfung im Labor gefunden werden. Es sollte gezeigt werden, ob die erarbeiteten Spezifikationen für die Prüfkörper universell einsetzbar sind und eventuell auch für Tests anderer Abdichtungsprodukte geeignet sind. Geprüft werden sollte, in wieweit sich unterschiedliche Schichtdicken von Bitumendickbeschichtungsmaterial auf die Filtergeschwindigkeit bzw. Wasserdurchlässigkeit auswirken. Zum anderen sollten die Auswirkungen mehrerer Lagen im Wasserdurchlässigkeitsversuch untersucht werden. Darüber hinaus war die Entwicklung von Methoden zur Simulation von äußeren Einwirkungen auf die Abdichtungsschicht ein Schwerpunkt der labortechnischen Untersuchungen. Es wurden Betrachtungen zu mechanischen Einflüssen sowie zu möglichen Beschädigungen durch den Einbau angestellt. Mittels dieser Nachweise sollte es möglich werden, durch reproduzierbare Versuche im Labor die erforderliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Beschädigungen prüftechnisch nachzuweisen. Die Belastungsversuche waren darauf abgezielt, unterschiedliche Belastungszustände hinsichtlich Dauer, Form des eindringenden Körpers und belasteter Fläche zu simulieren. Die Vermeidung beziehungsweise Verminderung künftiger Schäden an Abdichtungen und die damit verbundene Kostenersparnis sind als übergeordnetes Ziel zu betrachten. 49 4.2 4.2.1 Versuche zur Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit von KMB Vorbetrachtungen 4.2.1.1 Materialauswahl Die zur Durchführung der Versuche erforderlichen Probekörper mussten verschiedenen Ansprüchen genügen. Zur Bestimmung der Durchlässigkeit einer KMB ist der Wasserdurchlässigkeitsbeiwert des Körpers, auf den die Beschichtung aufgetragen wird, wesentlich höher zu wählen, um eine Beeinflussung der Werte von Körper und KMB möglichst gering zu halten. Der Wert hat um mindestens zwei Zehnerpotenzen höher zu liegen. Körper, die als Träger für eine Dickbeschichtung in Frage kommen, müssen zudem den Untergrund eines Mauerwerks nahe kommen. Sie müssen trag- bzw. haftfähig und mit der Bitumenschicht verträglich sein. Ebenso ist auf eine hohe Randfestigkeit zu achten, welche die vollständige Bedeckung mit der KMB gewährleistet. Zur Herstellung der Probekörper wurde als Material Porenbeton verwendet. Des weiteren kamen eine kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung als zu testendes Material und ein Vlies zum Einsatz. Ihre stofflichen Eigenschaften und Einsatzbereiche werden nachfolgend dargestellt. Angaben zum Hersteller bzw. wertende Aussagen werden zu den Produkten aus rechtlichen und dem Datenschutz betreffenden Gründen nicht getroffen. Porenbeton Verwendet wurde ein Porenbeton mit einer Rohdichte von 0,5 g/cm³. Die Probekörper wurden mittels Kernbohrgerät aus Porenbetonwandplatten der Maße 50 x 249 x 624 (BxHxL in mm) herausgebohrt. Vorteile von Porenbeton sind das leichte Gewicht, die leichte Handhabung und die ausreichende Festigkeit. Daneben ist aber die hohe Wasserdurchlässigkeit für die erfolgreiche Durchführung der Versuche von entscheidender Bedeutung. Beim Porenbeton sind die einzelnen Porenräume nicht zwangsläufig miteinander verbunden. Für die Wasserdurchlässigkeit bedeutet dies, dass das Wasser die Poren zwar einfach durchlaufen kann, in den Zwischenräumen aber nur durch Kapillarwirkung weitergeleitet werden kann. Aufgrund der Kapillarleitung verteilt sich das Wasser von der Oberflächenschicht in trockenere, tiefere Schichten (WEBER / HULLMANN 2002). Der Transport von Wasserdampf mittels Dampfdiffusion findet bei den Wasserdurchlässigkeitsversuchen nicht statt. Für die Versuche muss die Probe wassergesättigt sein. 50 Kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung Da in den Untersuchungen der äußere Einfluss auf kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtungen ermittelt werden sollte, ist der Einsatz eines repräsentativen Produktes erforderlich. Die Wahl fiel auf eine einkomponentige Bitumendickbeschichtung eines bekannten Herstellers. Die wichtigsten Produktdaten sind: • 1-komponentig • lösemittelfrei • polystyrolgefüllt • zur Abdichtung und zum Schutz erdberührter Bauwerke gegen alle Lastfälle gemäß DIN 18195 • rissüberbrückend • leichte Verarbeitung • hochflexibel und sehr standfest Der Verbrauch des 10-Liter Gebindes laut Hersteller stellt sich wie folgt dar: Tab.: 4 Verbrauch an Bitumendickbeschichtung für die Lastfälle Lastfall Auftrag Verbrauch Bodenfeuchte 4 mm 4 l/m² Nichtdrückendes Wasser 6 mm 6 l/m² Stau- und Druckwasser 6 mm 6 l/m² Daraus ergibt sich bei einem Verbrauch von 6 l/m² eine Trockenschicht von ca. 4,8 mm und bei 4 l/m² etwa eine Trockenschicht von 3,3 mm laut Hersteller. Vlies Ein mechanisch verfestigter Vliesstoff musste bei den Versuchen eingesetzt werden, um eine Verklebung der KMB mit Geräten, Gewichten und anderen beteiligten Stoffen zu verhindern. Ihre Reinigung mit Hilfe von Lösemitteln wäre zu aufwändig. Aufgrund der Struktur eines Vliesstoffes wird die Wasserdurchlässigkeit im Versuch nicht beeinflusst. 51 Die Kenndaten des Vlieses sind: Art des Produktes mechanisch verfestigter Filamentvliesstoff Eigenschaften besondere Robustheit gegen Einbaubeanspruchungen hohe Wasserdurchlässigkeit erhöhte UV-Stabilität Rohstoff 100 % Polypropylen, UV-stabilisiert Stempeldurchdrückkraft x*: 2100 N x*-s: 1800 N Robustheitsklasse (GRK) 3 Höchstzugkraft längs: 13,5 kN/m quer: 13,5 kN/m Höchstzugkraftdehnung längs: 75 % quer: 35 % Kegel-Falltest (Loch-∅) 26 mm Öffnungsweite O90 100 µm Wasserdurchlässigkeit senkrecht zur Ebene: 90 mm/s in der Ebene: 25*10-7 m²/s (bei 20 kPa) 7*10-7 m²/s (bei 200 kPa) Dicke 1,7 mm (bei 2 kPa) 0,7 mm (bei 200 kPa) Masse 180 g/m² 4.2.1.2 Trockenschichtdickenmessung Die Schichtdicke einer zähen elastischen Masse lässt sich nur schwer messen. Als Problem ist die nicht immer zerstörungsfreie Messung anzusehen. Sie äußert sich vor allem im täglichen Einsatz auf der Baustelle. Auch die Überprüfung der Trockenschichtdicken im Labor an den Prüfkörpern konnte nicht zufriedenstellend gelöst werden. Zum einen kann die Schichtdicke mittels Schieblehre bestimmt werden. Dabei wird der Meßstab durch die KMBSchicht hindurch bis auf den Porenbeton durchstoßen. Der Wert kann abgelesen werden. Da aber hier die Schicht zerstört wird und der Meßstab auch den Porenbeton eindrücken kann, ist diese Methode nicht optimal. Sollte die Messung trotzdem auf diesem Wege durchgeführt werden, ist sie in einem Verteilungsmuster über die gesamte Fläche der Abdichtung anzulegen und die Randbereiche sind zu meiden. Pro Körper sind 5 Messungen empfeh52 lenswert. Eine zweite Möglichkeit ist die Messung am Rand des Probekörpers. Dazu wird die Schieblehre neben den Körper gehalten und die Dicke entsprechend abgelesen. Problem ist hierbei die durch Unregelmäßigkeiten im Trocknungsstadium entstehende Randerhöhung. Somit fallen am Rand eines Probekörpers gemessene Schichtdicken immer größer aus als mittig gemessene. Auch hier sind fünf Messungen vorzunehmen, die sich um den kreisförmigen Körper herum darstellen. Bei der Herstellung der Probekörper ist im Folgenden immer nur die aufzubringende Nassschichtdicke genannt; sollten dennnoch Messungen der Trockenschicht auftreten, ist dies gesondert erwähnt. 53 4.2.1.3 Probekörperherstellung Herstellung der Probekörper Die Herstellung der Probekörper kann aus einer normalen Porenbetonplatte erfolgen. Die Dicke der Platte betrug 5 cm, kann jedoch, wenn verfügbar, auch 3 cm betragen. Die kreisrunden Probekörper wurden mit Hilfe eines Kernbohrgerätes aus der Platte herausgelöst. Der Innendurchmesser der Bohrkrone hatte 100 mm. Es ist beim Bohren eine hohe Drehzahl zu fahren, auf Wasserkühlung kann im Normalfall verzichtet werden, was aber eine hohe Staubbildung nach sich zieht. Entscheidendes Kriterium für die Staubentwicklung ist die Zahngröße. Beim Einsatz von Wasser kann der gebildete Staub leicht die Porenräume zusetzen, was die Wasserdurchlässigkeit herabsetzt. Die Körper sind nach dem Herausbohren unter fließenden Wasser von Staub zu säubern. Ebenfalls ist hier auf senkrechtes Bohren zur Plattenoberfläche zu achten, so dass keine schiefen Zylinderformen entstehen. Nach der Reinigung ist die Form gebrauchsfertig. Auftragen der kunststoffmodifizierten Bitumendickbeschichtung (KMB) Die zu prüfende kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung ist auf den Probekörper aufzutragen. Die Schwierigkeit liegt darin, eine über die gesamte Fläche gleichbleibende Schichtdicke zu erzielen. Aus diesem Grund wurden Kunststoffringe als Höhenmaß verwendet. Der Kunststoffring wird um den Porenbetonkörper gelegt und durch einen Gummiring fixiert. Anschließend wird der Ring über den Rand des Körpers in gewünschter Höhe – entspricht der Nassschichtdicke – hinausgeschoben. Die Feinjustierung wird durch die Schieblehre gewährleistet. Die Höhe zwischen dem Rand des Kunststoffrings und der Oberfläche des Körpers ist an allen Seiten gleich einzustellen. An dieser Stelle zeigt sich, ob Ring und Körper eine gerade zylindrische Form aufweisen oder ob unsauber gearbeitet wurde. Im nächsten Schritt ist der entstandene Hohlraum mit Bitumenmasse auszufüllen. Ein Verrutschen des Kunststoffrings ist in jedem Fall zu vermeiden, es würde zu falschen Schichtdicken führen. Die Bitumendickbeschichtung ist mit einem geeigneten Spachtel einzufüllen. Fehl- und Hohlstellen, besonders im Randbereich sind zu vermeiden. Gegebenenfalls sind zuerst diese Bereiche gesondert durch Abstreichen der KMB auszubilden. Danach wird der verbleibende Hohlraum bestrichen. Um eine gerade Oberfläche zu erhalten wird am Kunststoffring entlang mit einem großen Spachtel plan abgestrichen. Somit werden Überstände entfernt. Zeigen sich nach dem planen Abstreichen noch Vertiefungen oder Fehlstellen ist die Prozedur mit etwas mehr Bitumendickbeschichtung zu wiederholen. 54 Die Entfernung des Kunststoffrings vom Probekörper kann nun auf zweierlei Art und Weise geschehen. Im ersten Fall ist er gleich nach dem Auftrag vom Körper abzulösen. Dazu wird der Gummiring vorsichtig zur bitumenschicht-abgewandten Seite abgerollt und dann der Kunststoffring ebenfalls vorsichtig in gleicher Richtung nach unten abgeschoben. Beeinflussungen der Bitumendickbeschichtungen sind immer zu vermeiden. Diese Methode eignet sich besonders für kleinere Schichtdicken bis etwa 4 mm. Die zweite Möglichkeit zum Ablösen des Kunststoffrings besteht nach etwa einem Tag. Die KMB ist dann soweit abgetrocknet, dass sich der Ring von der geöffneten Seite her leicht ablösen lässt. Wartet man längere Zeit mit der Ablösung, kommt es zum Verkleben des Kunststoffs mit dem Bitumen. Außerdem wird der Durchtrocknungsprozess gestört. Dieses Verfahren kann bei starken Schichtdicken angewendet werden, da hier die kritische Randstabilität gewährleistet wird. In jedem Fall muss der Prüfkörper die entsprechende Zeit zur Durchtrocknung haben. Die in den Versuchen eingehaltene Durchtrocknungszeit betrug, wenn nicht anders angegeben, vier Tage. Die Temperatur lag bei 20 °C, die relative Luftfeuchtigkeit betrug 35 %. Die Kunststoffringe kann man mit Lösemitteln reinigen oder, in frischen Zustand der KMB, auch in Wasser säubern. Ein weiterer Einsatz ist denkbar und spart die aufwändige Prozedur einer erneuten Herstellung. Belag mit Vliesstoff Der Vliesstoff ist an den Durchströmungsquerschnitt des Probekörpers anzupassen. Mit Hilfe einer vorgefertigten Schablone aus Pappe wird die kreisrunde Fläche auf das Vlies aufgezeichnet und anschließend ausgeschnitten. Der Durchmesser sollte maximal 100 mm betragen. Besser ist, den Durchmesser etwas kleiner zu wählen. In diesem Fall stehen keine Teile des Vlieses über den Rand des Probekörpers hinaus, wodurch beim Durchlässigkeitsversuch keine Umläufigkeiten am Probekörper entstehen. Diese können das Messergebnis verfälschen. kunststoffmodifizierte Letztendlich ist Bitumendickbeschichtung das angepasste aufzulegen und Vlies mittig leicht auf die anzudrücken. Überstände und Faltenwürfe sind zu vermeiden. Vliese können für die Versuche nur einmal verwendet werden, da sie sich durch die Druckeinwirkungen in die Bitumenschicht eindrücken und mit ihr verkleben. 55 4.2.1.4 Theoretische Grundlagen für die Nullversuche Allgemeines Die theoretischen Grundlagen für Wasserdurchlässigkeitsmessungen sind in der DIN 18130, „Bestimmung des Wasserdurchlässigkeitsbeiwertes – Teil 1: Laborversuche“ geregelt. Das Durchlässigkeitsmessgerät entspricht der DIN 18130, welches der Anordnung in einer Triaxialzelle bei veränderten Probenabmessungen mit statischer Belastung gleichkommt. Die Messzelle entspricht folgenden Spezifikationen: Standardprobenabmessungen Probendurchmesser 100 mm Probenhöhe bis 120 mm Verwendete Materialien Säureresistente Kunststoffe Edelstahl MS, vernickelt, Al Filter Keramik (kamen jedoch nicht zum Einsatz) Anschlüsse Oberwasseranschluss (zur Regelung des Sättigungsdruckes) Unterwasseranschluss (Regelung des Differenzdruckes und damit Veränderung des hydraulischen Gradienten) Zelldruckanschluss (Gewährleistung der Dichtigkeit der Gummimembran) Entlüftungsschraube Druckfestigkeit 15 bar 56 Legende: 1 Spannplatten 8 Wassereinfüllschraube 2 Kopfplatte 9 Unterwasseranschluss 3 Filtersteine 10 unterer Probenstempel 4 Probekörper 11 Latex- bzw. Gummihülle 5 Zellenwand 12 O-Ringe 6 Zelldruckanschluss 13 Entlüftungsschraube 7 oberer Probenstempel 14 Oberwasseranschluss Abb.: 15 Wasserdurchlässigkeitsmessgerät – Messzelle 57 Beschaffenheit des Wassers Das für den Versuch verwendete Wasser darf weder aus dem Probekörper Bestandteile herauslösen noch gelöste oder in Schwebe befindliche Teile in dem Probekörper ablagern. Nach Möglichkeit ist ein dem Porenwasser ähnliches Wasser zu verwenden, in der Regel genügt entlüftetes Leitungswasser (Norm DIN 18130-1). Für die hier beschriebenen Versuche wurde entlüftetes und destilliertes Wasser verwendet. Sättigung des Probekörpers Die Sättigungszahl der Probe darf sich während der Messphase nicht ändern, oder es darf sich das Messergebnis bei Wiederholungen der Messung mit gleichem hydraulischem Gefälle nicht mehr ändern. Dies ist gegeben, wenn bei konstantem Druck und konstantem Gefälle die in die Probe einströmende und die aus ihr austretende Wassermenge gleich ist (Norm DIN 18130). Diese Anforderung ist durch vollständige Sättigung der Probe am einfachsten zu erfüllen. Um das zu erreichen wurden die Proben zwei Prozeduren unterzogen. Zum einen wurden die Proben im Wasserbad mit destillierten entlüfteten Wasser einem Vakuum ausgesetzt. Dieser Vorgang kann in einem Exsikator mit angeschlossener Vakuumpumpe vorgenommen werden. Die Dauer der Prozedur ist auf eine Stunde anzulegen. Um den Körper bis zur Messung zu lagern, ist er in ein Bad aus ebenfalls entlüfteten und destillierten Wasser zu legen. Die zweite Möglichkeit zur Sättigung ist im Prüfgerät selbst durchzuführen. Dazu wird die Probe von unten und von oben mit einem Druck von 400 kN/m² belastet. Die noch im Probekörper befindliche Luft wird dabei im Wasser gelöst, so dass sich in den Porenräumen der Probe nur noch Wasser befindet. Hydraulisches Gefälle Das hydraulische Gefälle wurde im Versuch nach praktischen Gesichtspunkten gewählt, so musste zum Beispiel die Ablesung des Durchflusses und die damit verbundenen Zeitablesung möglich sein. Das Durchströmungsverhalten musste aber dem Fließgesetz von DARCY (linearer Strömungsbereich) entsprechen und durfte die Probe nicht verändern (z.B. Ablösen der KMB vom Porenbeton). 58 Temperatur Die Versuche wurden bei annähernd konstanter Raumtemperatur von 20 °C durchgeführt, wobei die Temperatur des Probekörpers und des Wassers sich der Temperatur der Umgebung angepasst haben. Da die Zähigkeit des Wassers von der Temperatur abhängig ist, werden deshalb bei gleichen Gefälle die Fließgeschwindigkeiten und damit der kf-Wert beeinflusst. Auf die Umrechnung des kf-Wertes auf die Vergleichstemperatur von 10 °C wurde verzichtet, die angegebenen Durchlässigkeitsbeiwerte beziehen sich also auf 20 °C (Norm DIN 18130). Versuchsanordnung Der Aufbau der Messzelle ist in der Abbildung 15 dargestellt. Dazu besteht der Versuchsaufbau noch aus den Messbüretten, an denen der Durchfluss abgelesen wird, und der Schalttafel, an denen Oberwasser-, Differenz- und Zelldruck geregelt werden. Die Messzelle besitzt drei Anschlüsse. Über den Zelldruckanschluss wird der äußere Teil der Messzelle mit Druckluft versorgt. In diesem äußeren Bereich befindet sich zudem Wasser, welche durch eine Gummimembran bzw. Latexhülle von dem eigentlichen Probekörper getrennt wird. Mittels dieses Anschlusses wird über das Wasser die Gummimembran so an den Probekörper gedrückt, dass das Problem der Umläufigkeit verringert beziehungsweise gänzlich ausgeschlossen werden kann. Die Anschlüsse Oberwasser und Unterwasser geben die Richtung der Durchströmung der Probe vor und sind daher direkt in der inneren Messzelle an die Probe angeschlossen. Innerer und äußere Zelle sind voneinander unabhängig, sie bilden zwei verschiedene Wasserkreisläufe. In den Durchlässigkeitsversuchen wird die Probe vom Unterwasseranschluss durchströmt. Die in den Versuchen beschriebenen Versuchsbedingungen verwenden die Begriffe Oberwasserdruck, Differenzdruck und Zelldruck nach PERO GEBRAUCHSANWEISUNG (1992). Sie wirken nicht zwangsläufig an den ihren Bezeichnungen entsprechenden Anschlüssen. Der Zelldruck (ZD) wirkt direkt am Zelldruckanschluss. Im Gegensatz steht aber dazu, dass der Oberwasserdruck (OW) sowohl am Unter- als auch am Oberwasseranschluss wirkt. Da der Oberwasserdruck zur Sättigung der Probe dient, muss er von beiden Seiten auf die Probe einwirken und greift daher auch von beiden Anschlüssen her an. Der Differenzdruck (∆p) wirkt nur von unten, also am Unterwasseranschluss, auf die Probe. Er ist maßgeblich für die Messung, da er den hydraulischen Höhenunterschied bewirkt. Sein Wert drückt die Differenz zwischen Ober- und Unterwasserdruck aus. 59 4.2.1.5 Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwertes und der Filtergeschwindigkeit Durchlässigkeitsbeiwert Die zur Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwertes maßgebende Wassermenge ist an den Messbüretten in entsprechender Zeit bei stationärer Strömung abzumessen. Die stationäre Strömung kann exakt nur durch Vergleich der ein- und ausströmenden Wassermenge kontrolliert werden. Auf einen stationären Strömungszustand kann auch geschlossen werden, wenn bei konstantem Strömungsgefälle die in der Zeiteinheit ein- oder ausströmende Wassermenge gleich bleibt. Die Berechnung erfolgte analog den Beschreibungen der DIN 19130-1 „Auswertung der Versuche mit konstantem hydraulischem Gefälle“. Der abgelesene Differenzdruck, der das hydraulische Gefälle charakterisiert, wird in Meter-Wassersäule über die Wichte des Wassers umgerechnet. Der Durchlässigkeitsbeiwert ergibt sich aus der Gleichung: kf = Dabei ist: Q ⋅l A⋅h (1) Q der Durchfluss, in m³/s l die durchströmte Probenlänge, in m A die Querschnittsfläche des Probenkörpers, in m² h der hydraulische Höhenunterschied, in m Dabei ergibt sich der hydraulische Höhenunterschied aus der Gleichung: h= Dabei ist: ∆p g⋅ρ (2) ∆p Differenzdruck, in N/m² g Erdbeschleunigung, in m/s² ρ Dichte des Wassers, in kg/m³ 60 Die in der DIN beschriebene Wichte des Wassers ergibt sich aus: γW = g ⋅ ρ Es ist: γW (3) Wichte des Wassers, in kg/m²s Filtergeschwindigkeit Die Filtergeschwindigkeit ist ein weiteres Kriterium zur Beurteilung des Wasserdurchgangs durch einen bestimmten Stoff. Sie gibt im Gegensatz zum kf-Wert keine Stoffkonstante an, sondern sie bezieht sich auf die Stärke der Probe, die vom Wasser durchströmt wird. Die Berechnung erfolgt entsprechend der DIN 18130-Teil 1 wie folgt: v = k f ⋅i Es ist: (4) v Filtergeschwindigkeit, in m/s kf Durchlässigkeitsbeiwert, in m/s i Hydraulisches Gefälle Das hydraulische Gefälle berechnet sich dabei: i= Es ist: h l (5) h hydraulischer Höhenunterschied, in m l die durchströmte Probelänge, in m 61 4.2.2 Versuchsdurchführung 4.2.2.1 Nullversuche Durchlässigkeit der Porenbetonkörper Die Messung der Durchlässigkeit der Porenbetonkörper erfolgte nach Maßgaben der DIN 18130-Teil 1 in der Triaxialzelle bei stetiger Belastung mittels Wasserdruck. Die Messung bei den Nullversuchen erfolgte ohne KMB-Beschichtung. Pro Körper wurden fünf Messungen durchgeführt. Die Körper wurden mit destillierten Wasser im Vakuumbad gesättigt und anschließend in die Versuchsapparatur eingebaut. Eine weitere Sättigung wurde bei 400 kN/m² im Gerät durchgeführt. Nachfolgende Parameter wurden für den Versuch verwendet: Zelldruck 30 kN/m² Oberwasserdruck 300 kN/m² Temperatur 20 °C Prüfdruck (Differenzdruck) 30 kN/m² 4.2.2.2 Wasserdurchlässigkeitsmessung Dieser Versuch sollte die Abhängigkeit der Wasserdurchlässigkeit einer KMB im Verhältnis zur Schichtdicke darlegen. Aus diesem Grund wurde folgendes Untersuchungsmuster konzipiert: Tab.: 5 Verteilungsmuster zur Durchlässigkeitsmessung Dicke pro Schicht 1-lagig 2-lagig 3-lagig 1 X X X 2 X X X 3 X X 4 X X 5 X 6 X 7 X 8 X (mm) 62 Vor dem Einbau der Probe wurde der Probenkörper entsprechend der vorgenannten Anweisungen im Vakuum-Wasserbad gesättigt. Beim Einbau der Probe ist darauf zu achten, das Problem der Umläufigkeit zu verhindern, das heißt, die Latexhülle muss am Probenkörper eng anliegen und speziell an der Bitumenschicht abdichtend anliegen. Es darf nicht zur Faltenbildung in der Gummihülle kommen, da an diesen Stellen Wasser einen leichteren Weg zur Passage des Probekörpers nimmt und die Durchlässigkeit verfälscht wird. Auch ist der richtige Sitz der Gummiringe (O-Dichtungsringe) zu überprüfen. Es ist darauf zu achten, Leitungen und Regler ebenfalls zu entlüften. Auf einen Einsatz von Filtersteinen kann verzichtet werden. Sie würden mit der Bitumendickbeschichtung verkleben. Mit einem Ausspülen von Partikeln ist ebenfalls nicht zu rechnen. Die gleichmäßige Durchströmung auf dem gesamten Querschnitt der Probe wird durch Rillen im unteren Probenstempel gewährleistet. Der Probekörper liegt mit der beschichteten Seite nach unten und wird demzufolge von der beschichteten Seite zum Stein durchströmt. Ein weiterer Vorteil ist die damit erleichterte Austreibung von Luft aus der Probe bei der Sättigung. Außerdem findet eine Ablösung der KMB vom Porenbeton nicht statt. Die Gefahr der Ausbildung einer Wasserlinse zwischen beiden Stoffen ist nicht gegeben. Außerdem wird dadurch der Schwerkraft entgegen gewirkt und die Ergebnisse werden nicht von ihr beeinflusst. Die Gummihülle steht während des gesamten Versuches unter einem konstanten Zelldruck, der größer ist als der Oberwasserdruck. Dieser Überdruck der äußeren Zelle auf die innere betrug in allen Versuchen 30 kN/m². Die Wassermenge, die den Probekörper durchströmt, wird an den Messbüretten gemessen. Ansonsten wird der Versuch analog der Beschreibung in DIN 18130-1 Punkt 7.3.3 durchgeführt. In der Planungsphase war für den Durchlässigkeitsversuch vorgesehen, Messungen in den Schichtdicken von 1 mm bis zu 8 mm durchzuführen. Zudem sollten 2- und 3-lagige Schichten zu je 2 und 3 mm pro Schicht getestet werden. Für jede Schichtdicke wurden fünf Probekörper getestet und pro Körper fünf Messungen durchgeführt. Die Messung erfolgte nach 4 Tagen Trocknung der KMB sowie nach entsprechender Sättigungszeit. 63 Versuchsbedingungen: KMB-Schichtdicke 2 mm und 3 mm, 1-lagig Versuchsbedingungen: 4.2.3 Zelldruck 30 kN/m² Oberwasserdruck 0 kN/m² Temperatur 20 °C Prüfdruck (Differenzdruck) 300 kN/m² Versuchsergebnisse 4.2.3.1 Nullversuche Der Nullversuch zur Ermittlung des Durchlässigkeitsbeiwertes der Porenbetonkörper liefert folgende Ergebnisse, wobei sich die Mittelwerte aus fünf Messungen zusammensetzen (Tabelle 6). Tab.: 6 Körper- Durchlässigkeitsbeiwerte der Porenbetonkörper Dicke Nummer (m) Differenzdruck Mittelwert Durchfluss Mittlerer (kN/m²) Zeit (s) (ml) sigkeitsbeiwert (m/s) 1 0,05 30 4,54 4 1,83*10-6 2 0,05 30 4,69 4 1,77*10-6 3 0,05 30 4,19 4 1,99*10-6 4 0,05 30 4,95 4 1,68*10-6 5 0,05 30 5,64 4 1,48*10-6 Durchläs- 4.2.3.2 Wasserdurchlässigkeitsmessung In der praktischen Durchführung konnte der Versuch für Schichtdicken kleiner 2 mm und größer 4 mm nicht realisiert werden. Zum einen ist die Herstellung von Schichten mit einem Millimeter nicht möglich. Die Ausbildung der Schicht weist zu große Fehlstellen und Abweichungen auf, was im Aufstreichen der Dickbeschichtung begründet ist. Bei Schichtdicken ab 4 mm Nassschichtdicke konnte trotz 24-stündiger Messung mit einem Differenzdruck von 300 kN/m² kein Wasserdurchgang beobachtet werden. Die Grenzen des in diesem Versuches verwendeten Wasserdurchlässigkeitsmessgerätes wurden dabei erreicht. Der kf64 Wert liegt demzufolge bei weit unter 1,0*10-12 m/s, was als wasserundurchlässig angesehen werden kann. Die Filtergeschwindigkeit beträgt dementsprechend weniger als 8,16*10-9 m/s. Es spielte dabei keine Rolle, ob es sich um eine einlagige oder mehrlagige Aufbringung der kunststoffmodifizierten Bitumendickbeschichtung handelte. Schichtdicke 2 mm, 1-lagig Bei der Durchführung der Versuche ergaben sich für 2 mm die folgenden Messergebnisse, bei denn sich der Durchlässigkeitsbeiwert aus fünf Einzelmessungen zusammensetzt (Tabelle 7). Tab.: 7 Körper- Durchlässigkeitsbeiwerte bei 2 mm Nassschichtdicke Trockenschicht- Differenzdruck Nummer dicke (mm) (kN/m²) Zeit Durchfluss Durchlässig- (s) (ml) keitsbeiwert (m/s) 1 1,963 300 5,32 0,5 7,86*10-10 2 1,963 300 17,82 0,5 2,92*10-10 3 1,963 300 69,75 0,5 5,86*10-11 4 1,963 300 6,86 0,5 5,95*10-10 5 1,963 300 6,89 0,5 5,93*10-10 Die Abweichung der Messwerte der Körper zwei und drei von den restlichen ist sehr stark. Daher wurden sie bei den nachfolgenden Betrachtungen nicht berücksichtigt. Der durchschnittliche Durchlässigkeitsbeiwert der anderen Körper bei 2 mm Nassschichtdicke beträgt 6,58*10-10 m/s. Die Filtergeschwindigkeit liegt bei 1,025*10-5 m/s. Schichtdicke 3 mm, 1-lagig Die Messergebnisse (Tabelle 8) stellen sich in einer engeren Streuung dar als bei 2 mm Nassschicht. Der durchschnittliche Durchlässigkeitsbeiwert (aus je 5 Messungen) der Körper bei 3 mm Nassschichtdicke beträgt 1,10*10-10 m/s. Die Filtergeschwindigkeit liegt bei 1,18*10-6 m/s. 65 Tab.: 8 Durchlässigkeitsbeiwerte bei 3 mm Körper- Trockenschicht- Differenzdruck Nummer dicke (mm) (kN/m²) Zeit Durchfluss Durchlässig- (s) (ml) keitsbeiwert (m/s) 1 2,852 300 121,8 0,1 9,75*10-11 2 2,852 300 114,6 0,1 1,04*10-10 3 2,852 300 95,2 0,1 1,25*10-10 4 2,852 300 103,6 0,1 1,15*10-10 5 2,852 300 109,0 0,1 1,09*10-10 4.2.4 Auswertung der Versuche zur Durchlässigkeit 4.2.4.1 Nullversuche Der Durchlässigkeitsbeiwert der Porenbetonprobekörper liegt im Gesamtdurchschnitt bei 1,75*10-6 m/s. Damit ist eine deutliche Differenz zur Durchlässigkeit der KMB gegeben, sie beträgt mehr als vier Zehnerpotenzen. Als positiv ist die geringe Schwankungsbreite der Messwerte zu betrachten, lediglich der letzte Wert mit 1,48*10-6 m/s fällt etwas aus der Reihe. Daher eignen sich diese Porenbetonkörper hervorragend als Träger für Versuche im Durchlässigkeitsmessgerät. Da sie auch bei Belastungsversuchen hervorragende Eigenschaften aufweisen, stellen sie die in folgenden Versuchen benutzten Probekörper dar. 4.2.4.2 Wasserdurchlässigkeitsmessung Da das Wasserdurchlässigkeitsmessgerät nicht für solche geringen Durchlässigkeitsbeiwerte ausgelegt ist, bzw. der Druck zur Erzeugung des hydraulischen Gefälles nicht groß genug ist, stellt sich die Auswertung von nur zwei Schichtdicken als problematisch dar. Auffällig ist, dass sich ein starker Abfall in der Durchlässigkeit einer Bitumendickbeschichtung zwischen drei und vier Millimeter Nassschichtdicke abzeichnet. Parallel dazu fällt auch der Wert der Filtergeschwindigkeit ab. Dieser Abfall bestätigt die vom Hersteller vorgegebene Nassschichtdicke von mindestens 4 mm. Grundsätzlich kann jedoch gesagt werden, das die Durchlässigkeit der KMB mit steigender Schichtdicke abnimmt. Ursachen hierfür sind im Trocknungsverlauf zu finden. Da dieser 66 nach 4 Tagen noch nicht als komplett anzusehen ist, wirken sich unterschiedlich getrocknete Bereiche an Oberfläche und im Zentrum der Schicht im Verhältnis zur Gesamtschichtdicke verschieden aus. So sind beispielsweise nach vier Tagen bei 2 mm Schichten schon ¾ durchtrocknet, bei 8 mm erst ¼ der Schicht. Andere Ursachen können Unregelmäßigkeiten im Schichtaufbau (Fehlstellen, Hohlräume) sein, die sich bei kleinen Schichtdicken stärker auswirken als bei größeren. Die Filtergeschwindigkeit bezieht sich, im Gegensatz zum Durchlässigkeitsbeiwert, nicht auf das Material, sondern auf die zu durchströmende Dicke einer Schicht. Da dieser Wert mit zunehmender Schichtdicke geringer wird, ist dementsprechend der Durchgang des Wassers durch einen Millimeter Schicht KMB verlangsamt. Das heißt, es dauert länger, bis Bodenwasser eine Bitumendickbeschichtung durchdringt und das Mauerwerk angreift. Fehlerursachen bei diesem Versuch können außerdem sein: • Ungenauigkeiten bei der Herstellung der Schichtdicke • Messungenauigkeiten • Umläufigkeit an der Probe • unvollständige Sättigung Sollte es gelingen den hydraulischen Druck wesentlich zu erhöhen, könnte man auch aussagekräftigere Messergebnisse für andere Schichtdicken und mehrlagige Schichten erhalten. Der Versuch kann methodisch entsprechend angewandt werden. Der zweite wichtige Fehlerpunkt, die Umläufigkeit und Varianz beim Schichtenaufbau, sind nur durch sorgfältiges Arbeiten und durch einen hundertprozentig korrekten Einbau zu vermeiden. 67 4.3 4.3.1 Schadenssimulierung von KMB / Belastungsversuche Belastungsversuch mit Geokunststoffelementen 4.3.1.1 Durchführung des Belastungsversuches mit Geokunststoffelementen Bei Abdichtungselementen besteht die Gefahr des Eindringens von Geokunststoffelementen, wie z.B. bei falsch angebrachten oder als Grundmauerschutzbahnen definierten Noppenbahnen. Um diese Auswirkungen zu simulieren, wurden Körper mit Gewichten belastet. Es wurde damit das Verhalten des Eindringens zweier verschiedener Noppenbahnen in die KMB simuliert. Auf die Porenbetonkörper wurden vier Millimeter Dickbeschichtung aufgetragen und für vier Tage getrocknet. Auf die Auflage eines Vlieses wurde verzichtet. Getestet wurden zwei Noppenbahnen, die jeweils mit einem 2 und 5 Kilogramm-Gewicht belastet wurden. Da hier prinzipiell nur die Methodik der Versuche beschrieben werden soll, werden die Produktdaten aus rechtlichen Gründen nicht näher erläutert. Nur die wesentlichen Spezifikationen seien erläutert: Noppenbahn 1 - kreisrunde Noppen, einseitig ausgeprägt - Durchmesser an der Noppen-Oberseite: 1 cm - Noppenhöhe 1cm - Stärke des Materials: 0,6 mm - Druckfestigkeit 400 kN/m² - Abmaße des Probeteils: 6 x 6 cm Noppenbahn 2 - quadratische Noppen, an den Ecken abgerundet, beidseitig - Noppen: 5 x 5 mm, Höhe 5 mm - Stärke des Materials: 0,5 mm - Abmaße des Probeteils: 7 x 7 cm Bei der Herstellung der zu beprobenden Teile aus den Noppenbahnen ist darauf zu achten, dass quadratische Abmaße eingehalten werden, keine Noppen nur teilweise auf die KMB einwirken und die Maße des Probekörpers aus Porenbeton nicht überschritten werden. Die Gewichte müssen das gesamte Probeteil der Noppenbahn belasten. Die Noppen müssen in Richtung der Beschichtung zeigen. Der Versuchsaufbau ist in der Anlage C (Abbildung C 3) dargestellt. 68 Der Versuch wird über 7 Tage gefahren. Zur Auswertung der Eindrücke am Auflichtmikroskop ist die Noppenbahn vorsichtig vom Probekörper zu trennen. 4.3.1.2 Ergebnisse des Belastungsversuches mit Geokunststoffelementen Noppenbahn 1 Bei der Belastung mit dem 2 kg-Gewicht zeigt die Eindruckstelle ein leichtes Zusammendrücken der KMB, wodurch die Fläche glatt und glänzend aussieht. An einigen Stellen sind Polystyrol-Kügelchen durch das Abnehmen der Noppenbahn aufgerissen. Die Eindrucktiefe beträgt etwa ¼ mm. Beim 5 kg-Gewicht reißt die KMB auf, so dass Löcher entstehen. Die Lochgröße sind 4 bis 7 mm im Durchmesser, die Tiefe entspricht der Dicke der Bitumenschicht von 4 mm. Noppenbahn 2 Die Abdrücke sind ebenfalls glatt und glänzend aber ohne Beschädigung der KMB. Lediglich einige Polystyrol-Kügelchen sind aufgerissen, wobei beim 5 kg-Gewicht mehr Kugeln beschädigt wurden. Bei 2 kg ist die Eindrucktiefe ca. ¼ mm, bei 5 kg etwa ½ mm. Im Anlagenteil C sind die Ergebnisse des Versuches in Bildern dokumentiert (Abb. C-4 bis C6). 69 4.3.2 Einbaubeanspruchung (Nägel) 4.3.2.1 Durchführung der Einbaubeanspruchung mit Nägeln Eines der häufigsten Schadensbilder an kunststoffmodifizierten Bitumendickbeschichtungen wird durch das Einschlagen von Nägeln zur Befestigung der Dränelemente verursacht. Die Belastung ist als kurzfristig und punktuell anzusehen. Mittels dieser Versuchsanordnung können Aussagen zur Form und Beschaffenheit der Eindringstelle in der KMB getroffen werden. Nägel verschiedener Größen sind senkrecht in die KMB und den Porenbeton einzuschlagen. Da zur Beurteilung der Beschädigungen der Nagel entfernt werden muss ist er nicht in voller Länge zu versenken. Beim Herausziehen ist darauf zu achten, keine weiteren Beschädigungen hervorzurufen. Der Versuch wurde mit einem Nagel der Länge 65 mm und Durchmesser 3 mm durchgeführt. Das Material ist zu vernachlässigen, da es auch hier nur um die methodische Beschreibung der Durchführung ging. 4.3.2.2 Ergebnisse der Einbaubeanspruchung mit Nägeln Das Loch vom Einschlagen des Nagels ist kreisrund, an den Rändern der KMB haben sich Staub und Porenbetonpartikel abgesetzt. Ursache dafür ist das Herausziehen des Nagels, wobei diese Partikel zur Oberfläche transportiert werden. Visuell sind in der Abbildung C-7 im Anhang C Laboruntersuchungen FH Nordhausen dargestellt. 70 5 Labortechnische Untersuchungen vom SKZ Würzburg Dieses Kapitel entspricht im Wesentlichem dem Gutachten der SKZ-TeConA GmbH Würzburg. Das Gutachten der SKZ-TeConA GmbH wurde von Herrn Dipl.-Ing. H. Zanzinger erstellt. 5.1 Versuchsmaterial Bei dem Versuchsmaterial handelt es sich um folgende Proben: - 2,4 lfm eines Geoverbundstoffs „Noppenbahn 1“, Breite 2,0 m, bestehend aus einer Noppenbahn, Dicke 10 mm, flächenbezogene Masse 810 g/m², braun, PEHD und einem oberseitig aufgeklebten thermisch verfestigten Geovliesstoff aus Endlosfasern, grau, PP sowie einer punktuell an der Unterseite haftenden Gleitfolie, braun. - 1,7 lfm eines Geoverbundstoffs „Noppenbahn 2“, Breite 2,0 m, bestehend aus einer Noppenbahn, Dicke 9 mm, flächenbezogene Masse 970 g/m², schwarz, PEHD und einem beidseitig punktuell angeklebten mechanisch verfestigten Geovliesstoff aus Stapelfasern, grau, PP. - 5,0 lfm eines Geoverbundstoffs „Geomatte 1“, Breite 2,0 m, bestehend aus einer Geomatte, Dicke 20 mm, flächenbezogene Masse 1050 g/m², schwarz, PP und einem beidseitig aufgeschweißten mechanisch verfestigten Geovliesstoff aus Endlosfasern, grau, PP. - 4,0 lfm eines Geoverbundstoffs „Geomatte 2“, Breite 1,0 m, bestehend aus einer Geomatte, Dicke 17 mm, flächenbezogene Masse 600 g/m², schwarz, PA und einem beidseitig aufgeschweißten thermisch verfestigten Geovliesstoff aus Endlosfasern, grau, PA/PET. - 4,0 lfm eines Geoverbundstoffs „Geomatte 3“, Breite 1,0 m, bestehend aus einer Geomatte, Dicke 10 mm, flächenbezogene Masse 800 g/m², schwarz, PA und einem beidseitig aufgeschweißten thermisch verfestigten Geovliesstoff aus Endlosfasern, grau, PA/PET sowie einer punktuell an der Unterseite haftenden Gleitfolie, transparent. - 4,0 lfm eines Geoverbundstoffs „Schaumstoffbahn“, Breite 1,0 m, bestehend aus recycelten Schaumstoffschnitzeln mit in Längsrichtung ausgerichteten Rillen (Breite ca. 2 cm, 15 Rillen pro m Breite), Dicke ca. 30 mm, flächenbezogene Masse 2090 g/m², bunt, PEHD und einem oberseitig aufgeklebten mechanisch verfestigten Geovliesstoff aus Endlosfasern, grau, PET. - 3,0 lfm eines Geoverbundstoffs „Dränageplatte“, Breite 1,0 m, bestehend aus einer Dränplatte, expandierte Polystyrolkugeln (EPS) mit bitumenhaltigem braunen Kleber, verbunden, in Querrichtung geschnitten, Dicke ca. 30 mm, flächenbezogene Masse 820 g/m², weiß, und einem oberseitig aufgeklebten thermisch verfestigten Geovliesstoff aus Endlosfasern, grau, PET. Auf die Auswahl des Probenmaterials hatte das SKZ keinen Einfluss. 71 5.2 Versuchsdurchführung Falls nicht anders vermerkt, wurden die Prüfungen bei Normalklima DIN 50014-23/50-2 und nach einer Lagerung von mindestens 48 Stunden in diesem Klima durchgeführt. Unsere Berichte beruhen in der Regel auf akkreditierten Normen. Die Liste aller akkreditierten Normen kann im Internet unter www.skz.de eingesehen werden. 5.2.1 Druckversuche Die Prüfung der Druckfestigkeit erfolgte in Anlehnung an DIN EN 826: 1996 „Wärmedämmstoffe für das Bauwesen – Bestimmung des Verhaltens bei Druckbeanspruchung“. Dabei wurden die folgenden Versuchsbedingungen angewandt: Prüfgerät: Universalprüfmaschine Zwick 1465 Größe der Messproben: 200 x 200 mm Anzahl der Messproben: 5 Prüfgeschwindigkeit: 1 mm/min Wegmessung: Traversenwegaufnehmer 5.2.2 Fallversuche Die Untersuchung des Verhaltens bei Fallbeanspruchung erfolgte in Anlehnung an E DIN EN ISO 13428: 2002 „Geokunststoffe – Bestimmung der Schutzwirksamkeit eines Geokunststoffs bei Stoßbeanspruchung“. Die Prüfung erfolgte an folgendem System (von oben nach unten): - Dränmatte - Kaltselbstklebende Bitumendichtungsbahn (KSB), DELTA-THENE, Prüfzeugnis-Nr. P-1.3- SKZ-321 des Allgemeinen Bauaufsichtlichen Prüfzeugnisses, Dicke 1,5 mm - Starre Unterlage Die Materialien lagen lose aufeinander. Bei den Fallversuchen wurde das Probenpaket mit einem kugelförmigen Fallkörper (∅ 20 mm) und einer Masse von 1000 g aus unterschiedlichen Fallhöhen beaufschlagt. Als Kriterium für die Bewertung wurde die Restdicke der KSB an der Aufschlagstelle nach der Beaufschlagung aus der jeweiligen Fallhöhe herangezogen. Die Dickenmessung an der KSB erfolgte mit der „Kugelkalotte 063“ bei ausgehängter Feder nach einer Wartezeit von 10 Sekunden, wenn nicht schon visuell eine Perforation festgestellt 72 werden konnte. Die Fallhöhen, d.h. der Abstand der Fallkörperspitze zur Oberfläche der Messprobe, wurden zu 0,25 m, 0,5 m, 1,0 m und 2,0 m gewählt. Alle Fallversuche wurden an unbeanspruchten Messproben durchgeführt. Je Fallhöhe wurden 4 Einzelmessungen durchgeführt. 5.2.3 Schutzwirksamkeitsversuche Die Untersuchung der Schutzwirksamkeit erfolgte in Anlehnung an E DIN EN 13719: 2000 „Geotextilien und geotextilverwandte Produkte – Bestimmung der langfristigen Schutzwirksamkeit von Geotextilien, die an Geomembranen anliegen“. Die Prüfung erfolgte an folgendem System (von oben nach unten): - Druckplatte - Sandausgleichsschicht, Schichtstärke 6 cm - Normalkorund, Körnung 5/10, Schichtstärke 12 cm - Dränmatte - Kaltselbstklebende Bitumendichtungsbahn (KSB), DELTA-THENE, Prüfzeugnis-Nr. P- 1.3-SKZ-321 des Allgemeinen Bauaufsichtlichen Prüfzeugnisses, Dicke 1,5 mm - Starre Unterlage Diese Untersuchung wurde in der Universität Hannover am Institut für Grundbau, Bodenmechanik und Energiewasserbau (IGBE) durchgeführt (Anlage 1). Die Dränmatte und die KSB lagen lose aufeinander. Das Korundmaterial war in einem Drucktopf (∅ 300 mm) in Radialrichtung gehalten und axial über eine Druckplatte belastet. Die Druckbelastung betrug 100 kPa. Die Belastungsdauer wurde zu 100 Stunden gewählt. Die Versuchstemperatur betrug ca. 20 °C. Als Kriterium für die Bewertung wurde die Restdicke der KSB nach der Druckbeanspruchung herangezogen. Die Auswahl der Messstellen erfolgte an den Stellen mit der stärksten Verdrückung der KSB. Die Dicke an der KSB wurde durch einen Wegtaster auf einer Messstrecke von jeweils 100 mm nach einer Wartezeit von 30 Minuten bis 1 Stunde gemessen. 73 5.2.4 Einbaubeschädigungsversuche Die Simulation der Einbaubeschädigung erfolgte in Anlehnung an DINV ENV ISO 10722-1: 1998 „Geotextilien und geotextilverwandte Produkte – Verfahren zur Nachahmung von beim Einbau auftretenden Beschädigungen - Teil 1: Einbau in körnige Materialien“. Die Prüfung erfolgte an folgendem System (von oben nach unten): - Druckplatte, 100 x 200 mm - Normalkorund, Körnung 5/10, Schichtstärke 5 cm - Dränmatte, Größe 300 x 300 mm, (Produktionsrichtung (MD) entlang der kurzen Seite der Druckplatte) - Starre Unterlage Diese Untersuchung wurde in einem Rahmen mit den Innenmaßen 300 x 300 mm durchgeführt, der in einen „Instron-Schenk-Hydropulser“ eingebaut war und über den die Messproben zyklischen Belastungen ausgesetzt wurden. Die Dränmatte lag auf einer starren Unterlage. Darauf befand sich eine lose Schüttung aus Korundmaterial in einer Schichtstärke von 5 cm. Der Korund war in dem Rahmen (300 x 300 mm) seitlich gehalten und axial über die Druckplatte (100 x 200 mm) belastet. Die sinusförmige zyklische Druckbelastung verlief bei einer Frequenz von 10 Hz zwischen 0,1 kN und 4,0 kN. Das entspricht einer Druckbelastung unter der Druckplatte von 5 kPa auf 200 kPa. Als Kriterium für die Bewertung wurde das hydraulische Verhalten der Dränmatten nach der Einbaubeschädigungssimulation durch das Prüfen des Wasserableitvermögens herangezogen. Die Prüfung des Wasserableitvermögens erfolgte an 30 cm langen und 20 cm breiten Messproben in Produktionsrichtung der Dränmatten. Der hydraulische Gradient betrug i = 1, als Auflast wurde 20 kPa gewählt. Auf der durch das Korundmaterial beanspruchten Oberseite wurde eine Schaumstofflage aufgelegt. 74 5.2.5 Scherversuche Die Scherversuche wurden in Anlehnung an E DIN EN ISO 12957-1: 1998 „Geotextilien und geotextilverwandte Produkte – Bestimmung der Reibungseigenschaften, Teil 1: ScherkastenVersuch“ durchgeführt. Es wurden sowohl die Scherfestigkeit der Dränmatten in der „oberseitigen“ Kontaktfläche gegen den gebrochenkörnigen Kies 8/32 der Fachhochschule Nordhausen, nachfolgend als „Schotter“ bezeichnet, und die Scherfestigkeit der Dränmatten in der „unterseitigen“ Kontaktfläche gegen die von der Fachhochschule Nordhausen verwendete Einkomponenten-Bitumen-Dickbeschichtung bestimmt. Dabei wurden die folgenden Versuchsbedingungen angewandt: Prüfgerät: Großrahmenschergerät SP 303-E der Firma WILLE GeoTechnik oberer Scherrahmen (B x T x H): 300 x 300 x 100 mm, verkippungsfrei, vertikal geführt unterer Scherrahmen (B x T x H): 300 x 400 x 100 mm, verkippungsfrei, parallel geführt Scherfläche: gleich bleibend Belastung: Druckkissen, pneumatisch, vollautomatische Korrektur der Normalspannung Zustand der Messproben: trocken Auflasten: 10 kPa, 20 kPa, 50 kPa Schergeschwindigkeit: 1 mm/min Aufbau Versuch „Schotter gegen Dränmatte“ (von oben nach unten): - Druckkissen - Ausgleichsplatten aus Kunststoff - „Schotter“ (Kies 8/32) - Dränmatte (am unteren Rahmen fixiert) - Nagelplatte - Grundplatte 75 Aufbau Versuch „Dränmatte gegen Bitumen-Dickbeschichtung“ (von oben nach unten): - Druckkissen - Ausgleichsplatten aus Kunststoff - Nagelplatte - Dränmatte (am oberen Rahmen fixiert) - Bitumen-Dickbeschichtung auf OSB-Platte - Grundplatte 5.2.6 Druck-Kriechversuche mit Schubbeanspruchung Das Druck-Kriechverhalten bei gleichzeitiger Schubbeanspruchung wurde nach DIN EN 1897: 2002 „Geotextilien und geotextilverwandte Produkte – Bestimmung des Kriechverhaltens unter Druckbeanspruchung“ durchgeführt. Dabei wurden die folgenden Versuchsbedingungen angewandt: Prüfgerät: Belastung über separate Gewichte für die Normalspannung und für die Schubspannung Größe der Messproben: 200 x 200 mm Oberflächen der Auflagerund der Belastungsflächen: Sandpapier, Körnung 80 Normalspannung: 20 kPa Schubspannung: 4 kPa und 6 kPa Anzahl der Messproben: 2 je Schubspannung Belastungsdauer: 1000 h Verformungsmessung: digitale Messuhren mit kontinuierlicher Datenaufzeichnung 76 5.2.7 Wasserableitvermögen der unbeanspruchten Proben Das Wasserableitvermögen wurde nach DIN EN ISO 12958: 1999 „Geotextilien und geotextilverwandte Produkte – Bestimmung des Wasserableitvermögens in der Ebene“ durchgeführt. Dabei wurden die folgenden Versuchsbedingungen angewandt: Prüfgerät: Dräntester der Fa. BT Technology Größe der Messproben: 400 x 200 mm Durchströmungsrichtung: MD Bettung: Schaumstoff (oberseitig), starr (unterseitig) Normalspannung: 20 kPa, 50 kPa, 100 kPa und 200 kPa hydraulischer Gradient: i=1 Anzahl der Messproben: 3 Belastungsdauer vor der Messung: 6 min 5.2.8 Wasserableitvermögen nach Einbaubeschädigung Das Wasserableitvermögen wurde nach DIN EN ISO 12958: 1999 „Geotextilien und geotextilverwandte Produkte – Bestimmung des Wasserableitvermögens in der Ebene“ durchgeführt. Dabei wurden die folgenden Versuchsbedingungen angewandt: Prüfgerät: Dräntester der Fa. BT Technology Größe der Messproben: 300 x 200 mm Durchströmungsrichtung: MD Bettung: Schaumstoff (oberseitig), starr (unterseitig) Normalspannung: 20 kPa hydraulischer Gradient: i=1 Anzahl der Messproben: 1 Belastungsdauer vor der Messung: 6 min 77 5.3 Versuchsergebnisse Die Ergebnisse aller Untersuchungen an der Dränageelementen sind in den Tabellen und in den Abbildungen der Anlagen D „Laboruntersuchungen SKZ Würzburg“ wie folgt dargestellt: Tab.: 9 Übersicht der Versuchsergebnisse des SKZ in den Anlagen Dränageelement Physikalische und hydraulische Eigenschaften Noppenbahn 1 Tabelle D-1 und D-2 Abbildung D-1 und D-5 Noppenbahn 2 Tabelle D-3 und D-4 Abbildung D-6 und D-10 Geomatte 1 Tabelle D-5 und D-6 Abbildung D-11 und D-15 Geomatte 2 Tabelle D-7 und D-8 Abbildung D-16 und D-20 Geomatte 3 Tabelle D-9 und D-10 Abbildung D-21 und D-25 Schaumstoffbahn Tabelle D-11 und D-12 Abbildung D-26 und D-30 Dränageplatte Tabelle D-13 und D-14 Abbildung D-31 und D-35 Die grafischen Ergebnisse sind für die Fallversuche in der Abbildung D 36 , für die Schutzwirksamkeitsversuche in der Abbildung D 37 und die hydraulischen Versuche nach den Einbaubeschädigungssimulationen in den Abbildungen D 38 für alle Dränmatten gemeinsam dargestellt. Die Ergebnisse der Untersuchungen zum Wasserableitvermögen der aus dem Großversuch ausgebauten Proben sind in der Anlage D, in den Abbildungen D-39 bis D-43, abgebildet. 5.4 Beurteilung Noppenbahn 1 Die Dränmatte kann eine kaltselbstklebende Bitumendichtungsbahn (Dicke 1,5 mm) gegenüber einer Fallbeanspruchung durch einen stumpfen Fallkörper (Masse 1 kg) aus einer Fallhöhe von 0,5 m wirksam vor Perforation schützen. Sie schützt eine kaltselbstklebende Bitumendichtungsbahn (Dicke 1,5 mm) gegenüber einer 100-stündigen Druckbeanspruchung mit 100 kPa durch eine scharfkantige Gesteinskörnung (Normalkorund 5/10) wirksam vor Perforation. Die Dränmatte hat auf der Unterseite eine Folie. Diese haftet im Scherversuch auf der Bitumen-Dickbeschichtung. Auf dieser Folie gleitet der Sickerkörper (Noppenbahn). Dadurch wird die Bitumen-Dickbeschichtung vor starker Schubeinwirkung geschützt. Die hohe Steifigkeit des Sickerkörpers ermöglicht eine hohe Schubkraftübertragung. Die auf die Dränmatte einwirkenden Schubspannungen durch den „Schotter“ (Kies 8/32) sind höher als 78 die übertragbaren Schubspannungen zwischen dem Sickerkörper und der Gleitfolie. Um eine Verschiebung der Dränmatte, beispielsweise infolge einer Bodensackung am Bauwerk, zur verhindern, ist eine ausreichend dimensionierte Befestigung am Bauwerk nötig. Das Kriechverhalten des Sickerkörpers unter einer Druckbelastung von 20 kPa bei gleichzeitiger Schubbeanspruchung von 4 kPa bzw. 6 kPa ist über den Zeitraum von 1000 Stunden nur gering ausgeprägt und daher unkritisch. Das Wasserableitvermögen der Dränmatte ist unter der Belastung von 20 kPa ausreichend. Eine Simulation der Einbaubeschädigung hat eine geringfügige Abminderung der hydraulischen Leistungsfähigkeit zur Folge. Noppenbahn 2 Die Dränmatte kann eine kaltselbstklebende Bitumendichtungsbahn (Dicke 1,5 mm) gegenüber einer Fallbeanspruchung durch einen stumpfen Fallkörper (Masse 1 kg) aus einer Fallhöhe von 0,5 m wirksam vor Perforation schützen. Sie schützt eine kaltselbstklebende Bitumendichtungsbahn (Dicke 1,5 mm) gegenüber einer 100-stündigen Druckbeanspruchung mit 100 kPa durch eine scharfkantige Gesteinskörnung (Normalkorund 5/10) wirksam vor Perforation . Das Geotextil an der Unterseite der Dränmatte haftet im Scherversuch auf der BitumenDickbeschichtung. Auf diesem Geotextil gleitet der Sickerkörper (Noppenbahn). Die auf der Oberseite der Dränmatte einwirkenden Schubspannungen durch den „Schotter“ (Kies 8/32) sind höher als die übertragbaren Schubspannungen zwischen dem Sickerkörper und dem auf der Bitumen-Dickbeschichtung haftenden Geotextil. Um eine Verschiebung der Dränmatte am Bauwerk zu verhindern, beispielsweise hervorgerufen durch eine Bodensackung der Baugrubenverfüllung, ist eine ausreichend dimensionierte Befestigung am Bauwerk nötig. Außerdem muss das äußere Geotextil auf der Noppenbahn flächig fixiert sein. Das Kriechverhalten des Sickerkörpers unter einer Druckbelastung von 20 kPa bei gleichzeitiger Schubbeanspruchung von 4 kPa bzw. 6 kPa ist über den Zeitraum von 1000 Stunden nur gering ausgeprägt und daher unkritisch. Das Wasserableitvermögen der Dränmatte ist unter der Belastung von 20 kPa ausreichend. Eine Simulation der Einbaubeschädigung hydraulischen Leistungsfähigkeit. 79 zeigt eine merkliche Abminderung der Geomatte 1 Die Dränmatte kann eine 1,5 mm dicke KSB gegenüber einer Fallbeanspruchung durch einen stumpfen Fallkörper (Masse 1 kg) aus einer Fallhöhe von 0,5 m wirksam vor Perforation schützen. Sie schützt eine 1,5 mm dicke KSB gegenüber einer 100-stündigen Druckbeanspruchung mit 100 kPa durch eine scharfkantige Gesteinskörnung (Normalkorund 5/10) wirksam vor Perforation. Das der Bitumen-Dickbeschichtung zugewandte Geotextil haftet im Scherversuch auf der Dickbeschichtung. Diese Haftung ist stärker als der Verbund zum Sickerkörper. Die auf die Dränmatte einwirkenden Schubspannungen durch den „Schotter“ (Kies 8/32) sind höher als die übertragbaren Schubspannungen zwischen dem Sickerkörper und dem Geotextil. Folglich versagt der Verbund zum Sickerkörper und dieser gleitet auf dem Geotextil. Um eine Verschiebung der Dränmatte zu verhindern, ist eine ausreichend dimensionierte Befestigung der Dränmatte am Bauwerk nötig. Das Kriechverhalten des Sickerkörpers unter einer Druckbelastung von 20 kPa ist innerhalb eines Zeitraums von 1000 Stunden relativ stark ausgeprägt. Das Druck-Kriechen nimmt mit steigender Schubeinwirkung noch zu. Aufgrund des sehr hohen „Ausgangs-Wasserableitvermögens“ ist die hydraulische Leistungsfähigkeit trotz starker Kriechempfindlichkeit ausreichend vorhanden. Die Simulation von Einbaubeschädigungen hat nur eine geringfügige Minderung des Wasserableitvermögens zur Folge. Geomatte 2 Die Dränmatte kann eine 1,5 mm dicke KSB gegenüber einer Fallbeanspruchung durch einen stumpfen Fallkörper (Masse 1 kg) bis zu einer Fallhöhe von 0,25 m vor Perforation schützen. Sie ist damit empfindlich gegen Fallbeanspruchung. Sie schützt eine 1,5 mm dicke KSB gegenüber einer 100-stündigen Druckbeanspruchung mit 100 kPa durch eine scharfkantige Gesteinskörnung (Normalkorund 5/10) wirksam vor Perforation. Das der Bitumen-Dickbeschichtung zugewandte Geotextil haftet im Scherversuch auf der Dickbeschichtung. Diese Haftung ist mit zunehmender Normalspannung (50 kPa) stärker als der Verbund zum Sickerkörper. Folglich gleitet bei größeren Normalspannungen (50 kPa) der Sickerkörper auf dem Geotextil. Bei kleineren Normalspannungen gleitet eher das Geotextil auf der Dickbeschichtung. Allerdings sind bei den kleinen Normalspannungen (10 kPa und 20 kPa) die übertragbaren Schubspannungen durch den „Schotter“ (Kies 8/32) auf das oberseitige Geotextil niedriger als die „innere Scherfestigkeit“ der Dränmatte bzw. die 80 Scherfestigkeit Dränmatte/Bitumen-Dickbeschichtung. Demzufolge tritt eine Verschiebung der Dränmatte am Bauwerk infolge Schubeinwirkung erst bei größeren Normalspannungen ein und dann ist auch eine Befestigung nötig. Allerdings ist das Geotextil gegenüber der Schubeinwirkung durch den „Schotter“ unterdimensioniert. Es zeigte Beschädigungen mit einzelnen Löchern. Durch das Fehlen einer sich sicher einstellenden Gleitfuge zwischen Geotextil und Sickerkörper kann die Dickbeschichtung abgeschoben werden. Das Kriechverhalten des Sickerkörpers unter einer Druckbelastung von 20 kPa ist innerhalb eines Zeitraums von 1000 Stunden relativ stark ausgeprägt. Das Druck-Kriechen nimmt mit steigender Schubeinwirkung noch zu. Das Wasserableitvermögen der Dränmatte ist unter der Belastung von 20 kPa ausreichend. Die Simulation einer Einbaubeschädigung zeigt keine merkliche Abminderung der hydraulischen Leistungsfähigkeit. Geomatte 3 Die Dränmatte kann eine 1,5 mm dicke KSB gegenüber einer Fallbeanspruchung durch einen stumpfen Fallkörper (Masse 1 kg) aus einer Fallhöhe von 0,5 m wirksam vor Perforation schützen. Sie schützt eine 1,5 mm dicke KSB gegenüber einer 100-stündigen Druckbeanspruchung mit 100 kPa durch eine scharfkantige Gesteinskörnung (Normalkorund 5/10) wirksam vor Perforation. Die Dränmatte hat auf der Unterseite eine Folie. Diese haftet im Scherversuch auf der Bitumen-Dickbeschichtung. Auf dieser Folie gleitet die Dränmatte. Dadurch wird die Dickbeschichtung vor starker Schubeinwirkung geschützt. Die auf die Dränmatte einwirkenden Schubspannungen durch den „Schotter“ (Kies 8/32) sind höher als die übertragbaren Schubspannungen zwischen Dränmatte und Gleitfolie, insbesondere bei hohen Normalspannungen (50 kPa). Um eine Verschiebung der Dränmatte, beispielsweise infolge einer Bodensackung am Bauwerk, zu verhindern, ist eine zugfeste Befestigung am Bauwerk notwendig. Das Geotextil ist gegenüber der Schubeinwirkung durch den „Schotter“ unterdimensioniert. Es zeigte Beschädigungen mit einzelnen Löchern. Das Kriechverhalten der Dränmatte unter einer Druckspannung von 20 kPa bei gleichzeitiger Schubspannung von 4 kPa bzw. 6 kPa ist über den Zeitraum von 1000 Stunden nur gering ausgeprägt und daher unkritisch. Das Wasserableitvermögen der Dränmatte ist unter der Belastung von 20 kPa ausreichend. Die Simulation einer Einbaubeschädigung zeigt keine merkliche Abminderung der hydraulischen Leistungsfähigkeit. 81 Schaumstoffbahn Die Dränmatte kann eine 1,5 mm dicke KSB gegenüber einer Fallbeanspruchung durch einen stumpfen Fallkörper (Masse 1 kg) aus einer Fallhöhe von 0,5 m wirksam vor Perforation schützen. Sie schützt eine 1,5 mm dicke KSB gegenüber einer 100-stündigen Druckbeanspruchung mit 100 kPa durch eine scharfkantige Gesteinskörnung (Normalkorund 5/10) wirksam vor Perforation. Die der Bitumen-Dickbeschichtung zugewandten Schaumstoffflocken haften im Scherversuch auf der Dickbeschichtung. Dieser Verbund entspricht in etwa den auf die Dränmatte einwirkenden Schubspannungen durch den „Schotter“ (Kies 8/32). Durch das Fehlen einer Gleitschicht zwischen Dränmatte und Bitumen-Dickbeschichtung kann die Dickbeschichtung abgeschoben werden. Eine Befestigung der Dränmatte am Bauwerk ist nötig, damit Schubkräfte von der Bitumen-Dickbeschichtung zurückgehalten werden können. Das Kriechverhalten der Dränmatte unter einer Druckspannung von 20 kPa bei gleichzeitiger Schubspannung von 4 kPa bzw. 6 kPa ist über den Zeitraum von 1000 Stunden relativ stark ausgeprägt. Das Wasserableitvermögen der Dränmatte ist unter der Belastung von 20 kPa ausreichend. Die Simulation einer Einbaubeschädigung zeigt keine merkliche Abminderung der hydraulischen Leistungsfähigkeit. Dränageplatte Die Prüfung der Empfindlichkeit durch Fallbeanspruchung konnte an der Dränmatte nicht wie bei den anderen Materialien in gleicher Art und Weise getestet werden, da die Messproben nach dem ersten Aufschlag brachen und keine weiteren Prüfungen zuließen. Prüfungen an eingespannten Messproben wurden nicht durchgeführt. Die Dränmatte schützt eine 1,5 mm dicke KSB gegenüber einer 100-stündigen Druckbeanspruchung mit 100 kPa durch eine scharfkantige Gesteinskörnung (Normalkorund 5/10) wirksam vor Perforation. Die der Bitumen-Dickbeschichtung zugewandten EPS-Kugeln haften im Scherversuch auf der Dickbeschichtung. Dieser Verbund entspricht in etwa den auf die Dränmatte einwirkenden Schubspannungen durch den „Schotter“ (Kies 8/32). Durch das Fehlen einer Gleitschicht zwischen Dränmatte und Bitumen-Dickbeschichtung kann die Dickbeschichtung abgeschoben werden. Eine Befestigung der Dränmatte am Bauwerk ist nötig, damit Schubkräfte von der Bitumen-Dickbeschichtung zurückgehalten werden können. Das Geotextil ist gegenüber der Schubeinwirkung durch den „Schotter“ unterdimensioniert. Es zeigte Beschädigungen mit einzelnen Löchern. 82 Das Kriechverhalten der Dränmatte unter einer Druckspannung von 20 kPa bei gleichzeitiger Schubspannung von 4 kPa bzw. 6 kPa ist über den Zeitraum von 1000 Stunden relativ stark ausgeprägt. Das Wasserableitvermögen der Dränmatte ist unter der Belastung von 20 kPa ausreichend. Die Simulation einer Einbaubeschädigung zeigt keine merkliche Abminderung der hydraulischen Leistungsfähigkeit. 5.5 Schlussfolgerungen - Die Dränmatte darf nicht auf der Bitumen-Dickbeschichtung gleiten. - Zwischen Sickerkörper und Bitumen-Dickbeschichtung muss eine Gleitschicht eingebaut werden. Diese kann aus einem Geotextil oder besser aus einer Folie bestehen. - Besser wäre es, wenn die Dränmatte ausreichend am Bauwerk fixiert wäre und der Boden an der Dränmatte gleiten könnte. - Am Ende der Dränmatte in der Baugrubensohle muss eine Kiesrigole über dem Bereich der Hohlkehle angeordnet sein, um das aus der Dränmatte ankommende Wasser sicher fassen zu können, auch wenn die Dränmatte infolge von Sackungsvorgängen im unteren Bereich gestaucht würde. - Die Oberfläche des Geotextil muss möglichst glatt sein. - Das Geotextil muss ausreichend robust sein. - Das Geotextil muss möglichst dehnsteif sein. - Der Sickerkörper sollte elastisch sein, um Einzellasten aus dem Boden entweichen zu können (Ausweichungsprinzip), denn starre Strukturen ziehen Lasten (Schublasten) an. - Große Schubkräfte infolge Setzungen des Bodens erfordern starke Befestigungen am Bauwerk - Das „erdseitige“ Geotextil muss vollflächig und innig am Sickerkörper fixiert werden. - Das „wandseitige“ Geotextil oder eine Folie sind zweckmäßigerweise nur punktuell zu fixieren, um sich im eingebauten Zustand leicht lösen zu können. 83 6 Erarbeitung und Durchführung eines Großversuches Da es zu Setzungserscheinungen des Verfüllungsmaterials im Bereich der eingebauten Dränanlagen kommen kann (bis zu 10%), stellen die hier durchgeführten Untersuchungen einen wichtigen Beitrag zur Erforschung der Schadensursachen dar. Im Rahmen dieses Forschungsthemas wurde ein Großversuch entwickelt. In diesem sollten Dränprodukte in einem speziell entworfenen Versuchsstand eingebracht, untersucht und nach Beendigung des Versuches visuell beschrieben werden. Es wurde vor und nach der Beanspruchung der Dränelemente eine fotographische Dokumentation durchgeführt. Besonderheiten, die beim Einbau der Dränprodukte auftraten, werden im Kapitel 6.4 erläutert. Dieses geschieht zur leichteren Reproduzierbarkeit des Versuches. Für die Versuchsdurchführung wurde eine Sonderanfertigung von Hebekissen verwendet (Anlage G-4). 6.1 Versuchsaufbau Der realisierte Versuchsstand besteht aus einem bewehrten Mauerwerk aus Kalksandsteinen mit einer Wandstärke von 24 cm (Anlage G-1). Der untere und obere Abschluss des Mauwerks wird durch Stahlbetonringbalken in U-Schalen konstruktiv ausgebildet. In die Wände des Kastens sind zusätzlich 6 Stahlbetonstützen eingebaut. Damit ist eine ausreichende statische Sicherheit der Konstruktion gegeben. Die Gesamthöhe des Bauwerkes beträgt 2,25 m. Die Innenabmessungen des Versuchsstandes wurden durch die Größe der Hebekissen vorgegeben. Das Bauwerk hat eine Innenlänge von 3,70 m und eine Innenbreite von 1,75 m. Auf die unterste Lage der 24-er Steine wurde eine Lage von 30 cm starken Steinen aufgebracht. Auf diesen entstandenen Vorsprung wurde die Vertikaldränage mit OSB Flachpressplatten aufgestellt und verankert. Der Vorteil dieser Bauweise besteht darin, dass somit ein unteres Lager erzeugt wird, von der aus die zu untersuchenden Dränelemente nicht abgleiten können. An dieser Grenzfläche können in weiterführenden Untersuchungen Druck- Stauchungsuntersuchungen durchgeführt werden. Dieses entspricht den Belastungen des Anschlusses des Mauerwerkes an die Bodenplatte, im Bereich der Hohlkehle. Unterhalb der bestehenden Lage aus den 30 cm starken Steinen befinden sich die für diesen Versuch vorgesehenen Hebekissen (Anlage G-5). Diese werden bei der Versuchsdurchführung um 10 cm – 15 cm abgesenkt und simulieren somit die Setzungen des eingefüllten Bodenmaterials in der Baugrube. Der Schutz der verwendeten Hebekissen wird durch eine 84 aufgelegte Ausgleichsplatte erreicht, welche außerdem eine gleichmäßige Absenkung gewährleistet. Der Versuchsstand wurde an der schmalen Seite durch eine Verschalung aus OSB-Flachpressplatten verschlossen, die beim Ausbau des Bodenmaterials geöffnet werden kann. Der Versuchsaufbau stellt eine Simulation des Gesamtsystems der Bauwerkswand – KMB – Dränanlage – Verfüllung dar. Die Bauzeichnung des Versuchstandes ist in der Anlage E-1 und die Fotodokumentation vom Aufbau des Mauerwerkskastens ist in der Anlage F-1 bis F-6 dargestellt. 6.2 In Materialauswahl Zusammenarbeit Kunststoffzentrum mit Herrn Würzburg Dipl.–Ing. wurde die Helmut Zanzinger Materialauswahl, der vom zu Süddeutschen untersuchenden Dränprodukte, getroffen. Nachfolgend werden die ausgewählten Produkte, ohne Nennung der Hersteller, aufgelistet und beschrieben. Noppenbahn 1 • Einseitige Noppenbahn • Runde Noppen • Material: o Noppenbahn aus PE o Gleitfolie aus PE o Thermisch verfestigtes Spinnvlies aus PP • Vlies ist einseitig auf der Noppenbahn aufgebacht • Vlies ist auf allen Noppen der Noppenbahn befestigt • Gesamtdicke des Dränelementes: ca. 9 mm • Gleitfolie haftet unterseitig Noppenbahn 2 • Zweiseitige Noppenbahn • Eckige Noppen • Material: • o Noppenbahn aus PE-HD o Mechanisch verfestigtes Stapelfaservlies aus PP Vlies ist beidseitig auf der Noppenbahn aufgebacht 85 • Vlies ist nur an den Rändern der Noppenbahn befestigt. • Gesamtdicke des Dränelementes: ca. 9 mm Geomatte 1 • Geomatte mit beidseitigem Vlies • Material: o Kern der Geomatte aus PP-Monofilamenten o Mechanisch verfestigtes Endlosfaservlies aus PP • Vlies ist beidseitig auf dem Kern aufgebacht • Vlies und Kern sind miteinander thermisch verbunden • Dickere Filamente • Gesamtdicke des Dränelementes: ca. 20 mm Geomatte 2 • Geomatte mit beidseitigem Vlies • Material: o Kern der Geomatte aus PA-Monofilamenten o Vlies aus PA / PET • Vlies ist beidseitig auf dem Kern aufgebacht • Vlies und Kern sind miteinander thermisch verbunden • Dünnere Filamente • Gesamtdicke des Dränelementes: ca. 21 mm Geomatte 3 • Geomatte mit beidseitigem Vlies • Material: o Kern der Geomatte aus PA-Monofilamenten o Vlies aus PA / PET o Gleitfolie • Vlies ist beidseitig auf dem Kern aufgebacht • Vlies und Kern sind miteinander thermisch verbunden • Dünnere Filamente • Gesamtdicke des Dränelementes: ca. 10 mm 86 Dränplatten • Dränplatten mit einseitigem thermisch verfestigtem Spinnvlies • Dränplatten aus aufgeschäumten Polystyrolkugeln die mit einem bitumenhaltigen Kleber an den Berührungspunkten verklebt sind. • Dränwirkung durch die Zwischenräume der Polystyrolkugeln • Gesamtdicke des Dränelementes: ca. 40 mm Schaumstoffbahn • Schaumstoffbahn mit einseitigem Vlies • Recyclingprodukt aus geschlossenzelligen Polyethylenschaum, bei dem die einzelnen Flocken thermisch verbunden wurden • Vlies ist vollflächig auf der Schaumstoffbahn aufkaschiert • Dränwirkung durch die Zwischenräume der PE-Flocken und durch Rillen auf der Rückseite des Materials • Gesamtdicke des Dränelementes: ca. 30 mm 87 6.3 Durchführung Schritt 1: Bestückung der Versuchsanlage Es wurden zunächst die OSB – Flachpressplatten an den Wänden oberhalb des Vorsprungs im Versuchstand angebaut (Anlage G-2). Anschließend wurde eine geeignete Abdichtung (KMB) aufgebracht (Anlage G-3). Nach ausreichender Aushärtung der Dickbeschichtung konnte das zu untersuchende Dränmaterial am Versuchsfeld befestigt werden. Alle Probenmaterialien wurden gemäß der verfügbaren Einbaurichtlinien und in Abstimmung mit den Herstellern angebracht. Um möglichst viele Fehlerquellen zu ermitteln wurden verschiedene Varianten des Einbaus gewählt. Jede Längswand des Versuchstandes wurde als ein Versuchsfeld ausgewiesen. Diese wurden in den ersten drei Versuchen jeweils mit einem Dränprodukt bestückt. Auf diesen Versuchsfeldern wurden die ausgewählten Dränmaterialien auf unterschiedliche Weisen angebracht. Nachfolgend sind die Varianten aufgelistet: • Einbau mit und ohne abgerundeter Hohlkehle • Material auf dem Sockel (Bereich Hohlkehle) aufgestellt oder überhängend • Material oben befestigt mit Leisten oder lose • Material flächig durch Ankleben an der Wand befestigt • Material nur durch Kleben am oberen Stoss befestigt Diese Varianten wurden beliebig innerhalb eines Versuchsfeldes kombiniert. In einem abschließendem vierten Versuch wurden zur direkten Vergleichbarkeit in jedes Versuchsfeld drei unterschiedliche Dränmaterialien eingebaut (Anlage H-29 bis H-32). Schritt 2: Verschließen des Standes / Befüllen der Hebekissen Der Schritt 2 bestand darin, den Versuchsstand mit der vorgesehenen Verschalung an der noch offenen Seite zu verschließen und danach die Hebekissen zu befüllen. Die offene Stirnseite des Kastens wurde mit OSB – Flachpressplatten verschlossen (Anlage G-9). Das Verschließen erfolgte in drei Schichten mit einer Gesamtplattenstärke von 36 mm (2x18 mm). Die OSB - Platten wurden kraftschlüssig mit einander verbunden. Eine zusätzliche 88 Versteifung des Systems wurde durch eine Anbringung von Querbalken in den Einbauhöhen 0 , 75 und 150 cm erzielt. Die Befestigung der Querbalken wurde durch ein Verkeilen mit der an der Versuchstandswand angebrachten Einspannhilfe erreicht. Ein Befüllen der verwendeten Hebekissen kann wahlweise mit Wasser oder Luft erfolgen. Eine Befüllung mit Wasser hat den Vorteil der geringeren Kompression gegenüber Luft. Gleichfalls wirkt es sich positiv bei einer späteren Verdichtung des Bodenmaterials aus. Damit die Hebekissen einen angemessenen Schutz gegenüber dem Bodenmaterial erhalten, wurden sie durch ein Vlies abgedeckt und mit einer Ausgleichsplatte (Spannplatte 2 cm) belegt (Anlage G-6). Die Ausgleichsplatte trägt zu einer gleichmäßigen Absenkung des Bodenmaterials bei. Die Gesamthöhe der Kissen (im befüllten Zustand) einschließlich Schutzschicht betrug 25 cm. Dieses entsprach der Unterkante des Sockels im Versuchsstand. Schritt 3: Befüllen des Versuchsstandes Anschließend an den Schritt 2 wurde der Versuchsstand mit Bodenmaterial befüllt und schichtenweise leicht verdichtet. Der Einbau des Verfüllstoffes erfolgte maschinell, durch Einsatz von Großtechnik (Bagger / Radlader, Anlage G-7). Die Verdichtung fiel relativ gering aus. Die Befüllung des Versuchskastens erfolgte mit 0/2 mm Sand auf eine Höhe von 25 cm gemessen von der Ausgleichsplatte. Nach dem Einlegen einer geotextilen Trennschicht wurde ein abgestufter Kies der Körnung 8/32 mm bis zu Füllstand von 1,75 m verwendet. Die Endhöhe von 1,95 m wurde durch den zusätzlichen Einbau einer weiteren Trennschicht und einer Sandlage (0/2 mm) erzielt (Anlage G-8). Eine Setzung des Bodenmaterials von ca. 5 cm beim Einbau konnte nicht verhindert werden. Dieses lag an der Kompression der Hebekissen aufgrund der Befüllung mit Luft. Der Befüllungsstand im Versuchskasten wurde durch farbliche Markierungen an den Dränmaterialien und den Stirnseiten kenntlich gemacht. Der Abstand des Bodenmaterials zur Oberkante des Versuchsstandes wurde durch ein angelegtes Höhenmesspunkten bestimmt. Hierzu wurden Messhilfen aufgelegt und Raster von an definierten Bereichen die Abstände vor dem jeweiligen Absenken ermittelt. Schritt 4: Absenken der Hebekissen Nach der Befüllung des Versuchsstandes wurde das aufgefüllte Bodenmaterial durch ein gleichmäßiges Ablassen der Hebekissen abgesenkt. Die Absenkung erfolgte in mehreren Schritten. Die Zwischenstände wurden durch Abstandsmessungen und Markierungen an den Dränprodukten und Bauwerkswänden dokumentiert. 89 Schritt 5: Ausbau der Probe Nach vollständiger Absenkung der Hebekissen wurde das Bodenmaterial schichtenweise dem Versuchsstand entnommen. Der Ausbau geschah per Hand um eine Beschädigung der Proben zu vermeiden. Die OSB – Platten in der Öffnung des Mauerwerkskastens wurden je nach Ausbaustand gezogen (Anlage G-9 / G10). Dadurch konnte der Arbeitsaufwand wesentlich minimiert werden. 6.4 Besonderheiten beim Einbau Die Besonderheiten, die sich beim Einbau der zu untersuchenden Materialien ergeben, können produktspezifisch auftreten. Sie richten sich nach der Art der von den einzelnen Herstellern geforderten Einbaurichtlinien und variieren daher. Einige allgemeingültige Regeln sollten jedoch beachtet werden: • Die verwendeten Hebekissen sind vor Schäden zu schützen. Dies ist durch ein zwischengelagertes Vlies sowohl unter den Hebekissen als auch zwischen Bodenmaterial und Hebekissen möglich. Eine zusätzlich angebrachte Ausgleichsplatte über den Hebekissen ist zu empfehlen. Sie verhindert eine Ansammlung von Bodenmaterial zwischen den Hebekissen und gewährleistet eine gleichmäßige Absenkung. • Bei einem schichtenweisen Einbau und Verdichtung des Bodenmaterials sollte auf eine Grabenwalze zurückgegriffen werden, da diese keine sprunghaften Belastungen auf das eingebaute Versuchsfeld ausübt, wie es bei den üblicherweise verwendeten Rüttelplatten der Fall ist. • Die Befestigung der Dränelemente sollte den Herstellerrichtlinien entsprechen. Müssen senkrecht montierte Bahnen verlängert werden, sollte das Anschlussteil von unten her mindestens 20 cm untergeschoben werden (Überlappungsstöße). 90 6.5 Versuchsauswertung Es wurden Fotodokumentation der zu untersuchenden Dränmaterialien während aller Einbau-, Absenkungs- und Ausbauzustände vorgenommen. Die Setzungserscheinungen konnten durch differenzierte Höhenmessungen des angelegten Rasters belegt werden. Die aufgetretenen Beschädigungen an den Dränelementen wurden dokumentiert. 6.5.1 Auswirkungen des Versuches auf die einzelnen Dränprodukte Noppenbahn 1 • Bei Einbau ohne Befestigung am oberen Ende konnte ein Abrutschen der Noppenbahn an der Gleitfolie beobachtet werden (Anlage H-1). • Im Sockelbereich wurde ein Abknicken der Bahn, kollabierte Noppen und ein Verziehen von Teilbereichen festgestellt (Anlage H-2). • An der befestigten Seite wurde ein leichtes Abrutschen und sich daraus ergebene Langlöcher dokumentiert (Anlage H-3). Bei größeren Setzungen kann dieses zu einem Abrutschen des Gesamtsystems führen. • Es traten Stauchungen an den Rändern einzelner Noppen und größere Verwerfungen der gesamten Platte auf. • Das aufgebrachte Vlies unterlag nur leichten Beanspruchungen. • Das Vlies löst sich nicht von der Noppenbahn, da alle Noppen mit Vlies verbunden waren. Dieses wirkte sich begünstigend auf die Gesamtstabilität aus. • Durch die Stauchung im Bereich der Hohlkehle dürfte sich eine Einschränkung des Wasserleitvermögen entwickeln. • Die KMB wurde starken Beanspruchungen im Bereich der Befestigungen ausgesetzt. • Es konnten mehrere Abdrücke der Noppennegativformen auf der KMB in den unteren Bereichen (ab ca. 1,20 m) dokumentiert werden (Anlage H-4). • Einzelne Beanspruchungen in tieferen Bereichen ab 1,5 m wurden durch auftretende Schleifspuren auf dem Vlies sichtbar. 91 Noppenbahn 2 • Bei Einbau ohne Befestigung am oberen Ende konnte ein Abrutschen des Vlieses an der Noppenbahn beobachtet werden (da Vlies nicht vollflächig befestigt). • An der befestigten Seite konnte ein Abrutschen des Vlies an der Noppenbahn, ein Abreißen der Befestigungsleisten sowie ein teilweiser Bruch der verwendeten Nägel erfasst werden. • Zusätzlich wurden Langlöcher an den Befestigungspunkten in der Noppenbahn dokumentiert. • Es kam zu einem Überspannen des Vlieses an der Seite zum Erdreich und einem Verziehen der Noppenbahnen (Anlage H-5). • Großflächige Verschiebungen des Dränelementes waren deutlich sichtbar. • Im Sockelbereich der Noppenbahn kam es zum Abknicken und zu einem Verziehen von Teilbereichen, bis hin zur Bildung von Falten (Anlage H-6). Zusätzlich konnte ein Kolabieren einzelner Noppen beobachtet werden (Anlage H-7). • Das Vlies löste sich von der Noppenbahn, da es keinen vollständigen Verbund mit der Bahn gibt. Das Vlies ist nur durch einzelne Klebestreifen im oberen und unteren Teil an der Noppenbahn befestigt. Dieses wirkte sich ungünstig auf die gesamte Stabilität aus. • Es kam zu einer leichten Einschränkung des Wasserleitvermögen im Bereich der Stauchung an der Hohlkehle. • Eine weitere Minderung des Wasserleitvermögen war durch ein flächiges Eindrücken des nur mechanisch verfestigten relativ weichen Vlieses zwischen die Noppen zu verzeichnen. • An der KMB kam es zu starken Beanspruchungen im Bereich der Befestigungen. • Einzelne Beanspruchungen wurden in tieferen Bereichen ab 1,5 m durch Schleifspuren sichtbar. • Flächenhafte, durch die Noppen verursachte Abdrücke, gestalteten sich auf der KMB (Anlage H-8). 92 Geomatte 1 • Die Geomatte 1 zeichnete sich durch ein gutes Abgleiten des Bodens an der Vliesoberfläche aus. Die angebrachte Befestigung wurde wie in Anlage H-9 deutlich nicht abgelöst. • Der stabile Geomattenkern wurde aufgrund der guten Materialeigenschaften des PP und der höheren Faserstärken kaum beschädigt. • Die Geomatte wurde in den Tiefenbereichen plastisch verformt (gleichmäßige Abnahme der Dicke in Abhängigkeit des Erddruckes und Verringerung der Durchlässigkeit – vergl. Anlage H-10 bis H-12). • Es trat eine Verschiebung der Vliese in Richtung der Absenkbewegung durch ein Verwerfen und Verziehen des Produktkerns auf. • Die Geomatte wurde an scharfen Kanten abgeknickt, welches zu einer Verringerung der Dränwirkung führte (Anlage H-13). • Es kam zu flächenhaften Abdrücken der Geomatte auf der KMB (Anlage H-14). • Durch Eindrücke einzelner Steine wurde das Vlies leicht beschädigt. Geomatte 2 • Die Geomatte 2 zeichnete sich ebenfalls durch ein gutes Abgleiten des Bodens an der Vliesoberfläche aus. Auch bei ihr kam es nicht zu einem Ablösen der Befestigung (Anlage H-15). • Der Geomattenkern war aufgrund des weicheren PA und geringerer Faserstärken jedoch stärkeren Verformung ausgesetzt. • Die Geomatte wurde an scharfen Kanten so stark abgeknickt, dass zum Teil keine Dränung mehr möglich war. Die Bahn wurde bis auf Minimum zusammengepresst (Anlage H-16). • Es kam zu schwachen flächenhaften Abdrücken der Geomatte auf der KMB (Anlage H-17). • Vermehrte Abdrücke von Steinen in der KMB konnten nach dem Ausbau beobachtet werden (Anlage H-18). • Die Geomatte wurde in den Tiefenbereichen plastisch verformt (gleichmäßige Abnahme der Dicke in Abhängigkeit des Erddruckes und Verringerung der Durchlässigkeit). • Es kam zu einer Verschiebung der Vliese in Richtung der Absenkbewegung durch ein Verwerfen und Verziehen des Produktkerns. 93 • Es waren nur leichte Beschädigungen des Vlieses durch Eindrücke einzelner Steine erkennbar. Geomatte 3 • Die Geomatte 3 zeichnete sich durch ein gutes Abgleiten des Bodens an der Vliesoberfläche aus. • Die Befestigung der Geomatte mit 4 Nägeln im Abstand von 25 cm ist als ausreichend zu sehen. Es kam zu einer Gesamtverschiebung des Dränelementes auf der Gleitfolie von weniger als 2 cm (Anlage H-19). Das abgesenkte Bodenmaterial hinterlies deutliche Abdrücke und Schleifspuren am äußeren Vlies (Anlage H-23). • Die unbefestigte Matte ist gleichmäßig mit dem Bodenmaterial auf das gesamte Absenkungsmaß abgeglitten. Die Gleitfolie wurde um ca. die Hälfte der gesamten Absenkung mit herunter gezogen (Anlage H-20). Durch die gefaltete Folie entstanden Abdrücke in der KMB (Anlage H-24). • Der Geomattenkern wurde durch die Absenkung stark verformt und gestaucht (befestigt Anlage H-21, unbefestigt Anlage H-22). • Die Geomatte wurde in Abhängigkeit der Tiefe plastisch verformt. Im Bereich der Hohlkehle wurde die Matte auf die Hälfte der ursprünglichen Stärke zusammengedrückt. Dränplatte • Der Boden konnte wie schon bei den Geomatten beobachtet an der Vliesoberfläche gut abgeleiten. Die Befestigung der Dränplatte wurde ebenfalls als positiv bewertet (Anlage H-25). • Es konnten keine flächenhafte Abdrücke der Dränplatte auf der KMB festgestellt werden. • Durch Steine verursachte Abdrücke in der KMB waren nicht vorhanden. • Die plastische Verformung der Dränplatte in den Tiefenbereichen gestaltete sich dermaßen, dass es zu einer gleichmäßige Abnahme der Dicke in Abhängigkeit des Erddruckes und geringfügige Verringerung der Durchlässigkeit kam. • Die Dränplatte passte sich dem Untergrund auch an den Knickpunkten problemlos an (Anlage H-26). • Es konnten nur leichte Beschädigungen am Vlies durch Steine (relativ dünnes Vlies) registriert werden. 94 Schaumstoffbahn • Auch bei der Schaumstoffbahn wurde ein gutes Abgleiten des Bodens an der Vliesoberfläche festgestellt. Die Befestigung der Schaumstoffbahn wurde nicht beschädigt und abgelöst (Anlage H-27). • Es gab keine flächenhaften Abdrücke der Schaumstoffbahn auf der KMB. • Ebenso konnten keine Abdrücke von Steinen in der KMB ermittelt werden. • Die unwesentliche Plastische Verformung der Schaumstoffbahn in den Tiefenbereichen kann unter Umständen vernachlässigt werden. • Das geringe Abknicken der Geomatte an scharfen Kanten stellt keine unmittelbare Gefahr für die Wasserleitfähigkeit dar (Anlage H-28). • Beschädigungen des Vlieses durch Eindrücke einzelner Steine waren kaum sichtbar. • Eine eventuelle Einschränkung der Wasserleitfähigkeit durch elastische Verformung der Bahn im eingebauten Zustand konnte im Versuch nicht nachgewiesen werden. 6.5.2 Bewertung der einzelnen Dränprodukte Noppenbahn 1 Vorteile: • Leichter Einbau der Noppenbahn • Zusätzlicher Schutz der KMB durch Gleitfolie – d.h. keine Übertragungen von Bewegungen aus dem Erdreich auf die KMB • Gesicherte Dränwirkung an ebenen Flächen • Wasserundurchlässige Struktur der Noppenbahn – als zusätzliche Barriere • Sehr gute umfangreiche Verlegeanleitung mit Detaillösungen Nachteile: • Verminderte Dränleistung an Knickpunkten • Teilversagen des Materials bei erhöhten Belastungen Noppenbahn 2 Vorteile: • Leichter Einbau der Noppenbahn • Durch die zweiseitige Ausbildung der Noppenbahnen ist eine direkt Überlappung (Ineinanderstecken) möglich, d.h. es entsteht keine Stoßfuge. • Gute Dränwirkung auch an den Überlappungen 95 • Durch die symmetrische Struktur des Dränkörpers ist eine gleichzeitige Dränung und Lüftung von erdberührten Bauteilen möglich. • Wasserundurchlässige Struktur der Noppenbahn – als zusätzliche Barriere • ausreichende Verlegeanleitung Nachteile: • Verminderte Dränleistung an Knickpunkten • Teilversagen des Materials bei erhöhten Belastungen • Ablösen des Filtervlieses von der Noppenbahn • Flächenhafte Eindrücke in die KMB Geomatte 1 Vorteile: • Gesicherte Dränwirkung an ebenen Flächen • genügende Dränwirkung an Knickpunkten • Geringes Konstruktionsgewicht • Rascher und einfacher Einbau Nachteile: • Flächenhafte Eindrücke in der KMB bei höheren Belastungen • Verringerung der Dränleistung durch ein lastabhängiges Zusammendrücken der Geomatte Geomatte 2 Vorteile: • Leichtes flexibles Sandwichmaterial • Gute Anpassung an den Untergrund • Leichter Einbau der Geomatte • Sehr gute umfangreiche Verlegeanleitung mit Detaillösungen Nachteile: • kaum Dränleistung an Knickpunkten • Verringerung der Dränleistung durch ein lastabhängiges Zusammendrücken der Geomatte 96 Geomatte 3 Vorteile: • Leichtes flexibles Sandwichmaterial • Gute Anpassung an den Untergrund • Leichter Einbau der Geomatte • Sehr gute umfangreiche Verlegeanleitung mit Detaillösungen • Gleitfolie als zusätzlicher Schutz der Abdichtung • Durch kompaktere Bauweise guter Erhalt der Dränleistung Nachteile: • Um 50% verringerte Dränleistung an den Knickpunkten • Verringerung der Dränleistung durch ein lastabhängiges Zusammendrücken der Geomatte Dränplatte Vorteile: • Leichter Einbau der Dränplatte • Guter Schutz der KMB durch die Dicke des Materials • Gesicherte Dränwirkung an ebenen Flächen • genügende Dränwirkung an Knickpunkten • Ausreichende Verlegeanleitung Nachteile: • empfindlich beim Einbau Schaumstoffbahn Vorteile: • Leichter Einbau der Schaumstoffbahn • Guter Schutz der KMB durch die Dicke des Materials • Gesicherte Dränwirkung an ebenen Flächen • genügende Dränwirkung an Knickpunkten Nachteile: • fehlende Detaillösungen für das System als Vertikaldränage 97 6.6 Vorschläge für weiterführende Untersuchungen Vorschläge die im nachfolgenden aufgeführt sind würden zu einen differenzierteren Sichtweite der zu untersuchenden Dränelemente führen. Sie könnten an der Fachhochschule Nordhausen technisch realisiert werden da hier bereits mit der Schaffung des Versuchsstandes ein geeignetes Grundelement vorhanden ist. Versuchsansatz: • Der Einbau nur eines Hebekissens in den Versuchstand könnte die Wirkung eines keilförmigen Rutschens des Erdstoffes in Richtung Wand / Dränanlage bedeuten. Bei diesem Versuchsaufbau würde eine Gleitebene entstehen, die einer Baugrubenböschung sehr ähnelt und damit das Gesamtsystem noch realistischer darstellen kann. In diesem Falle könnte dann nur ein Versuchsfeld im Mauwerkskasten zur Untersuchung der Dränelemente genutzt werden. Zu untersuchende Details: • So können beispielsweise Untersuchungen zu Durchflussmengen der Ringdränanlage und der Dränrohre nach einem Absenken des Bodenmaterials durchgeführt werden. • Es könnten Anbauteile, Rohrdurchbrüche, Bauwerksanschlüsse bei einer und einer Beanspruchung durch Bewegungen des Bodens betrachtet werden. • Neuerungen wie, Hohlkehlausbildungen mit integrierter Dränung vorgefertigten Außen- und Innenecke wären denkbar, um die volle Dränwirkung auch an Knickpunkten zu gewährleisten. • Die veränderten Beanspruchungen beim Einbau von bindigen Böden im Vergleich zu herkömmlichen Verfüllmaterialien könnten erörtert werden. • Durch ein Anbringen von Kraftmessdosen könnten direkte Untersuchungen und Aussagen zu einzelnen Beanspruchungen (z. Bsp. der Befestigungselemente) während des Ablassens getroffen werden. • Die Anbringung eines zweiten, losen Vlies auf der Außenseite könnte die Schaffung eine Gleitebene zwischen Dränelement und Erdstoff bedeuten und damit Schäden an den Dränsystemen auf ein Minimum reduzieren helfen. Dieses ist in weiterführenden Untersuchungen nachzuweisen. • Bei einem Einbau von Dränrohren (Ringdrän) in den Versuchsstand könnten Untersuchungen zum Wasserableitvermögens nach einem Absenken vorgenommen werden. Beschädigungen an den Rohren könnten nach dem Ausbau des Bodenmaterials untersucht werden. 98 • Ein Verschließen der Frontseite des Versuchstandes mit einer (Teil-) Verglasung würde direkte Beobachtungen des Setzungsverhaltens des Bodenmaterials sowie deren Wechselwirkungen mit den Dränsystemen ermöglichen. Für eine Dokumentation mit Hilfe von Videoaufnahmen wäre es eine optimale Lösung. Auch könnten Details, bezüglich des Materialverhaltens direkt im eingebauten Zustand überprüft und gemessen werden. Das Problem der bisher nicht messbaren elastischen Materialverformung wäre erfassbar. • Durch den Einbau von verschiedenfarbigen Sand- und Kiesschichten könnten zusätzliche Aussagen über das gesamte Setzungsverhalten getroffen werden. Die Ausbildung des Absenktrichters wäre dadurch leichter vermess- und modellierbar. • Durch ein Anbringen besserer Regeltechnik könnte eine Geschwindigkeitsregulierung der Setzungen vorgenommen werden. Damit könnten die Setzungen gezielt über längere Zeiträume gesteuert werden. • Durch geringfügige Veränderungen des Befüllstandes der Hebekissen in einem Schwankungsbereich über längere Zeit, könnte das Sommer – Winterverhalten des Erdreiches simuliert werden. • Eine Numerische Modellierung der gegebenen Umstände würde zu einem leichteren Verständnis und zu vergleichbaren Ergebnissen führen. • Der sich bildende Absenktrichter könnte numerisch modellieren werden. • In Langzeitversuchen mit konzentrierten Lösungen könnte die Verokerungswirkung oder die Versinterung von Dränanlagen simuliert und ausgewertet werden. • Bewusste Einbaubeschädigungen, Beanspruchungen (Schaufel, Stampfer) oder der Einbau gröberer Steine könnten als Gefahrenpotentiale für die Dränanlagen mit einbezogen werden. • Aus einem Test verschiedener Abdichtungssysteme in Verbindung mit den unterschiedlichen Dränelementen würde sich eine Verwendbarkeitsrichtlinie ergeben. • Aus den sich ergebenen Ergebnissen könnten im Anschluss an die Untersuchungen genauere Richtlinien zu Befestigung der Dränprodukte erstellt werden. 99 7 Vergleich der Ergebnisse des Großversuches und der Laborversuche Mehrere Ergebnisse die sich in den verschiedenen Laborversuchen zeigten, konnten im Großversuch ebenfalls festgestellt werden. Nachfolgend werden diese Erkenntnisse aufgelistet: • Unter Druckbeanspruchung kommt es zum Verkleben von Vliesstoffen mit den Dickbeschichtungen. • Direkt auf die Abdichtung aufgebrachte Noppenbahnen ohne Vlies oder ohne Gleitschicht können punktuell mit den Abdichtungen verkleben. Durch nachfolgende Bewegungen können hierbei die Abdichtung beschädigt werden. Dieses Problem kann besonders bei den einfachen Grundmauerschutzbahnen auftreten. • Es konnten Eindrücke der verschiedenen Dränmaterialien beispielsweise der eingebauten Noppenbahnen, in den Dickbeschichtungen aus den Laborversuchen im Großversuch bestätigt werden. • Die bei einigen Herstellern als Befestigungsmaßnahme angegebenen Nägel mit Sicherungsscheibe, können erhebliche Schäden in der Abdichtung verursachen. • Zusätzlich zur Beschädigung der Abdichtung durch die Nägel konnte ein Einreißen von Langlöchern in die Dränelemente beobachtet werden. Dieses hatte eine Verschlechterung der Gebäudesicherung (Abdichtungsschicht) an dieser Stelle zu Folge. • Abdrücke die durch gröbere Steine infolge des Erdruckes in bestimmten Tiefen auftraten konnten im Laborversuch ebenso bestätigt werden. • Die Befestigung der zu untersuchenden Dränmaterialien am oberen Ende durch eine angebrachte Leiste erwies sich beim Ausbau der Probe als vorteilhaft. • Der Zusammenhang der verschiedenen Schichtdicken der KMB mit der Abdichtung des Bauwerkes, konnte Hinblick auf den Großversuch leider nicht beleuchtet werden. Hierzu wäre eine Variation der Schichtdicke bei gleichbleibenden Dränelementen notwendig gewesen (aus technischen Gründen nicht durchführbar). • In Abhängigkeit der Einbautiefe nahm das Wasserableitvermögen der untersuchten Geotextilien ab. 100 8 Zusammenfassung Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden umfangreiche Betrachtungen über Vertikaldränagen und der Bauwerksabdichtungen vorgenommen. Ein wesentlicher Bestandteil des Forschungsprojektes war die Auswertung der Bauschadensstatistik des Bauforschungsinstitutes Weimar in Bezug auf Dränprodukte und Abdichtungsstoffe. Hier wurden die wesentlichen Bauschäden und –mängel nach Baugruppen und Verursachung spezifiziert und ausgewertet. Weiterhin wurden die Richtzeichnungen und Einbauvorschriften aus den Katalogen mehrerer Hersteller von Geokunststoffprodukten nach ihrer Anwendbarkeit und Fehlern überprüft. Diese Analysen zeigen Mängel und Schwächen der Produktkataloge auf, welche von den Herstellern berücksichtigt werden sollten, um Einbau- und Anwendungsfehler zu vermeiden. Die Hersteller sollen zu mehr Sorgfalt in der Gestaltung Ihrer Einbauvorschriften angeregt werden. Ein weiterer Schwerpunkt des Forschungsvorhaben war der Entwurf, der Aufbau und die Durchführung eines Großversuches zum Testen von Vertikaldränagen aus Geokunststoffen. In diesem Versuch wurden durch großmaßstäbliche Simulationen die Dränanlage verschiedensten Beanspruchungen ausgesetzt. Die Auswirkungen auf die Materialien wurden dokumentiert und bewertet. An den im Großversuch getesteten Laboruntersuchungen durchgeführt. Dränprodukten wurden weiterführende Für diese Untersuchungen war das SKZ TeConA GmbH Würzburg der Kooperationspartner. An unbeanspruchten Materialproben und an ausgebauten Proben aus dem Großversuche wurden auf der Grundlage von akkreditierten Normen die physikalischen und hydraulischen Eigenschaften bestimmt. Die wichtigsten für Geokunststoffe relevanten Versuche wie die Bestimmung der Scherfestigkeit und der Scherspannung, die Verformung im Druck-Kriechversuch, die Stauchung durch Druckbeanspruchung und die Bestimmung der Restdicke nach Fallbeanspruchung wurden durchgeführt. Weiterhin wurde für die Noppenbahnen die Druckfestigkeit ermittelt. Für alle Geokunststoffe wurde das Wasserableitvermögen und die Restdicke der zu schützenden Abdichtungen nach Schutzwirksamkeitsprüfungen bestimmt. 101 Literatur- und Quellenverzeichnis AMOCO FABRICS EUROPE B.V. (2002): Van Heuven Groedhartlaan 937; 1181 LD Amstelveen Niederlande; ARBEITSGEMEINSCHAFT HOLZ E.V (Oktober 1997): Informationsdienst Holz, Holzbau Handbuch Reihe 4 Baustoffe; Teil 4 Holzwerkstoffe; Folge 1 Konstruktive Holzwerkstoffe; Herausgeber:., Düsseldorf in Zusammenarbeit mit Bundesverband Deutscher Holzhandel e.V., Wiesbaden, ISSN – Nr. 0446 – 2114 Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel im Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie e.V., Bundesverband Kalksandsteinindustrie e.V., Bundesverband Porenbetonindustrie e.V., Deutsche Bauchemie e.V., Deutscher Holz- und Bautenschutzverband e.V., Fachvereinigung Deutscher Betonfertigteilbau e.V., Zentralverband des Deutschen Baugewerbes e.V., Zentralverband des Deutschen Dachdeckerhandwerks e. 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