Geoverbundstoff-Dränsysteme dienen dazu, Sand, Steine und Kies mit den Schutzfunktionen Dränen, Filtern, Trennen und Dichten zu ergänzen und zu ersetzen. Um die Funktionalität und langfristige Leistungsfähigkeit des Systems sicherzustellen, muss das richtige Geoverbundstoff-Material sorgsam ausgewählt werden. Die zur Festlegung der Drainagelösung erforderlichen Parameter können ermittelt werden, indem Leistungstests je nach geplanter Ausführung des Dränsystems und den standortspezifischen Bedingungen durchgeführt werden. Im Folgenden wird die Vorgehensweise erläutert. Wichtige Leistungsmerkmale, die während der Planung und Auswahl des Drainage-Geoverbundstoffes beurteilt werden müssen, sind:
Langfristige Durchlässigkeit oder zulässiger Volumenstrom im Praxistest – ist entscheidend für die Ableitfähigkeit in der Ebene je nach standortspezifischem Verfüllmaterial und Grenzbedingungen, baulicher Stabilität und Haltbarkeit sowie Neigung zu biologischer und chemischer Ablagerung
Langlebige hohlraumerhaltende Struktur – ist entscheidend für eine gute Durchlässigkeit aufgrund der Auswirkungen der Umgebungsbedingungen auf die verlegten Geoverbundstoffe und wegen des Überlagerungsdrucks
Die Filtrationseigenschaften des Geotextils und dessen Kompatibilität in Bezug auf die Bodenpartikel vor Ort
Innere Scherfestigkeit und Grenzflächenreibung mit dem angrenzenden Boden und/oder den „Geotextilschichten“
Von grundlegender Bedeutung ist, dass der ausgewählte Geoverbundstoff ein angemessenes Ableitvermögen in der Ebene aufweist. Werden die Umgebungsbedingungen und die damit verbundenen strukturellen Faktoren berücksichtigt, kann diese Anforderung bestimmt werden. Das bezieht sich auf die langfristige Bildung von Ablagerungen an Drainageöffnungen, Intensität und Dauer der Druckspannung, potenzielle Intrusion von angrenzenden Materialien in Fließkanäle sowie langfristiges Kriechen, dem die Drainagematerialien wahrscheinlich während ihrer Gebrauchslebensdauer ausgesetzt sein werden.
Elastisch oder faltbar?
Drainage-Geonetze können kurzfristig eine sehr hohe Druckfestigkeit aufweisen und zum plötzlichen Falten neigen, wenn die Lasten über eine lange Zeit aufrechterhalten werden. Es ist deshalb wichtig, bereits in der Planungsphase zu evaluieren, ob sich der Geonetzkern unter den spezifischen lokalen Bedingungen, d. h. Gebrauchslast, Hangneigung und Gebrauchslebensdauer, elastisch oder faltbar verhält.
Die Entwässerungsleistung von Geoverbundstoffen verhält sich proportional zur Dicke des Geonetzkerns. Der Referenzwert des Volumenstroms sollte daher bestimmt werden, nachdem die Gebrauchslasten und der Verbundstoff ein Gleichgewicht erreicht haben, d. h. ohne Dicke und Entwässerungsleistung weiter zu reduzieren. Während elastische Drainagematerialien in wenigen Stunden ein Gleichgewicht erreichen, ist es bei faltbaren Drainagematerialien schwieriger, ein Kompressionsgleichgewicht zu erreichen.
Wie der Referenzwert des Volumenstroms bestimmt wird, hängt davon ab, ob sich der Geoverbundstoff voraussichtlich elastisch oder faltbar verhält.
Faktoren, die den Volumenstrom beeinflussen
Der Überlagerungsdruck, dem die Drainage-Geoverbundstoffe ausgesetzt sein können, unterscheidet sich ganz erheblich – je nach Einsatzort. Er kann von 10 kPa unter einer Schicht Kulturboden bei einem Dachgarten bis zu 500 kPa im Fall einer Sammelschicht für Sickerwasser am Boden einer Deponiezelle oder an der Basis eines sehr hohen Damms bzw. einer Haufenlaugungsplatte im Bergbau (> 25 m) reichen. Höhere Lasten sind möglich, aber nicht üblich.
Der verfügbare Volumenstrom eines spezifischen Geoverbundstoffes hängt von folgenden Faktoren ab:
Art und Eigenschaften des Drainagekerns des Geonetzes
Art und Eigenschaften der Filtergeotextilien und deren Verbund mit dem Drainagekern
Eigenschaften der Materialien, die Kontakt zu den zwei Oberflächen des Geoverbundstoffes haben
Ausgeübter Druck
Lasteinwirkungsdauer (üblicherweise gleich der Gebrauchslebensdauer)
Hydraulischer Gradient des Geoverbundstoffes
In den meisten Anwendungen ist ein übliches Verfahren zur Ermittlung des zulässigen Volumenstroms von Drainage-Geoverbundstoffen, eine Reihe von Reduktionsfaktoren einzusetzen (Cancelli und Rimoldi, 1989; Koerner, 1997), die alle Unsicherheiten und Phänomene in Verbindung mit den Materialeigenschaften, Wetterbedingungen und anderen Faktoren berücksichtigen. So kann das Ableitvermögen in der Ebene des Geoverbundstoffes über die gesamte Gebrauchslebensdauer vermindert werden. Dabei wird jedoch nicht auf den kurzfristigen Volumenstrom Bezug genommen, der in den Indextests gemessen wurde.
Die Reduktionsfaktoren müssen entsprechend den spezifischen Bedingungen jedes Projekts festgelegt werden – unter Berücksichtigung der für ähnliche Einsatzbedingungen gewonnenen Erfahrungen und Forschungsergebnissen. Auch können projektspezifische Versuche angewandt werden, um die geeigneten Reduktionsfaktoren für jede Projektbedingung festzulegen.
Die Norm GRI Standard GC8, Determination of the Allowable Flow Rate of a Drainage Geocomposite (Bestimmung des zulässigen Volumenstroms eines Drainage-Verbundstoffes), hilft bei der Ermittlung des zulässigen Volumenstroms eines Drainage-Geoverbundstoffes unter standortspezifischen Bedingungen. Der daraus resultierende Wert kann im Planungsentwurf verwendet werden, um einen standortspezifischen Sicherheitsfaktor zu bestimmen.
Das Verfahren sieht vor, dass zuerst der Volumenstrom über 100 Stunden des potenziellen Drainage-Geoverbundstoffs unter standortspezifischen Bedingungen ermittelt wird. Das geschieht mit dem ASTM D4716 Durchlässigkeitstest. Mit diesem Versuch wird der Basiswert der Drainagekerne ermittelt. Als Nächstes wird der Wert modifiziert, indem umweltbedingte und strukturelle Faktoren berücksichtigt werden, beispielsweise Ablagerungen durch Chemikalien und biolo-gische Prozesse sowie langfristiges Kriechen der Drainage-Geoverbundstoff-Schicht.
Reduktionsfaktor für Kriechen
Dies ist ein Langzeit-Druckbelastungsversuch (in der Regel über 10.000 Stunden), der auf die Stabilität und/oder Deformation des Drainagekerns ohne die abdeckenden Geotextilien zielt. Die Spannungsrichtung kann senkrecht oder in einem Winkel zum Prüfkörper ausgerichtet werden, je nach standortspezifischen Bedingungen.
Chemische und/oder biologische Ablagerungen: Dies ist eine standortspezifische Frage der Langzeit-Reduktionsfaktoren zur Berücksichtigung möglicher Ablagerungen innerhalb des Kernraums. Eine Simulation im Labor ist im Grunde nicht praktikabel. GRI-GC8 stellt jedoch als Orientierungshilfe die mögliche Bandbreite der Reduktionsfaktoren für Ablagerungen bereit.
Chemische Beständigkeit/Haltbarkeit: Dieses Verfahren führt zu einer Ja-/Nein-Entscheidung zu möglichen chemischen Reaktionen zwischen der eindringenden Flüssigkeit und den Polymeren, aus denen der Drainagekern und die Geotextilien bestehen. Es handelt sich dabei um einen produktspezifischen Test zur Prüfung sowohl des Drainagekerns als auch der Geotextil-Abdeckung.
Was bedeutet das für den Anwender?
Um den richtigen Geoverbundstoff für spezifische Anwendungen auszuwählen, müssen die folgenden Aspekte bei der Planung der Drainage mit Geokunststoffen berücksichtigt werden:
Gebrauchslast: Überlagerungsdruck, der von oben auf das Drainagematerial ausgeübt wird
Hydraulischer Gradient: Böschungswinkel
Grenzbedingungen: Die Grenzfläche und der Aufbau der darüber und darunter liegenden Materialien sollten bei der Prüfung eines Drainage-Geoverbundstoffes die tatsächlichen Praxisbedingungen abbilden
Sitzzeiten: Vorgesehene Lebensdauer (GRI-GC8 verlangt Sitzzeiten von mindestens 100 Stunden für Durchlässigkeitsversuche im Labor)
Gase oder Flüssigkeiten, die durch die Drainagestruktur durchgeleitet werden
Wenn all diese Parameter bekannt sind, können Ingenieure die langfristige Leistungsfähigkeit des Drainage-Geoverbundstoffes bestimmen und, was am wichtigsten ist, den Erfolg des Projekts sicherstellen.
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