DE102008024459B4

DE102008024459B4 - Zweischaliges Bauteil zur Errichtung begrünbarer aus mehreren Lagen gebildeter Steilböschungen

Info

Publication number: DE102008024459B4
Application number: DE102008024459A
Authority: DE
Inventors: Claus Prof. Dr. 01259 Göbel; Klaus Prof. Dr. 01259 Lieberenz; Dietmar 01328 Adams; Steffen 01099 Großmann
Original assignee: Fraenkische Rohrwerke Gebr Kirchner GmbH and Co KG
Current assignee: Fraenkische Rohrwerke Gebr Kirchner GmbH and Co KG
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: DE102008024459A1; US8104996B2; CA2724809A1; US20110070036A1; EP2300668A1; EP2300668B1; WO2009140935A1

Abstract

Zweischaliges Bauteil zur Errichtung begrünbarer aus mehreren Lagen gebildeter Steilböschungen, bestehend aus einem Frontelement (1) mit biegesteifer räumlicher Gitterstruktur, einem Abstandselement (2) und einem Rückwandelement (3), wobei der Querschnitt des dauerhaft biegesteifen Rückwandelementes (3) in vertikaler Richtung einem Polygonzug oder einer Geraden folgt, das druckstabile Abstandselement (2) an zumindest einer Seite durch Einkerbungen (4) ausgeformt ist und Halterungen (5) für kraftschlüssige Verbindungen mit Geokunststoffen (7) aufweist sowie am Abstandselement (2) an mindestens zwei Stellen zumindest ein Verbindungsmittel (6) angebracht ist, mit denen die Elemente (1, 2, 3) des Bauteils form- und kraftschlüssig verbindbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein zweischaliges Bauteil zur Errichtung begrünbarer aus mehreren Lagen gebildeter Steilböschungen gemäß Patentanspruch 1. Seine Anwendung bietet sich besonders dann an, wenn Stützbauwerke und Steilböschungen, basierend auf einem hohen Vorfertigungsgrad der Systemkomponenten, zügig und präzise und zugleich umweltschonend und naturintegriert errichtet werden sollen.
Geokunststoffbewehrte Stützbauwerke und Steilböschungen stellen Verbundkörper dar, die aus den Elementen Füllboden, Bewehrungen und Außenhaut gebildet werden. Als Füllboden wird ein scherfester, gut abgestufter und verdichtbarer Kiessand verwendet. Die Bewehrungen, die vom Füllboden umschlossen sind, bestehen aus hochzugfesten Geokunststoffen, wobei vor allem Geogitter, Gewebe und Verbundstoffe verwendet werden. Den Abschluss des Bauwerks an der Luftseite bildet die sogenannte Außenhaut. Der Verbundkörper aus Füllboden und Bewehrungen ist das eigentliche Tragsystem, das die Standsicherheit des Stützbauwerks gewährleistet. Die Außenhaut ist als Schutzsystem aufzufassen, das die Aufgabe hat, das Tragsystem vor den äußeren Einwirkungen zu schützen und so die langzeitliche Stabilität des Gesamtbauwerks zu sichern.
Aus dem Stand der Technik ist als neuere Lösung gemäß DE 10 2004 014 539 A1 ein System zur Errichtung von begrünbaren Stützbauwerken und Steilböschungen, bestehend aus tragenden, statische und/oder dynamische Lasten aufnehmenden und abtragenden Polsterwänden, die aus Bewehrungen aus hochfesten Geokunststoffen und einem verdichteten Füllboden, den die Bewehrungen umschließen, bekannt. Dabei wird eine davon konstruktiv getrennte, räumlich strukturierte, mit unverdichteten, begrünungsfähigen Böden oder Baustoffen gefüllte Außenhaut verwendet, die bei der Errichtung des Systems als temporäres Widerlager für die Geokunststoffbewehrungen dient, während der Verdichtung der einzelnen Füllbodenschichten den entstehenden Erddruck aufnimmt und dauerhaft den Schutz der Polsterwände bewirkt. Die Außenhaut besteht aus einer Vielzahl von Segmenten, die sich jeweils aus austauschbaren Frontelementen, einseitig in vertikaler Richtung konkav gekrümmten Rückwandelementen, an denen sich die runden Wülste der aus dem Geokunststoff und dem verdichteten Füllboden gebildeten Polsterwände anlehnen, zusammensetzen. Pro Frontelement sind mindestens zwei zueinander parallel beabstandete Abstandselemente, an denen die Front- und Rückwandelemente befestigt sind, eingesetzt, die ihrerseits in mittels Erdnägeln im darunter angeordneten Polster fixierten Profilen, vorzugsweise ausgeführt als U-Schienen, geführt werden. Dabei entstehen kastenförmige Hohlräume, in die die begrünbaren Böden oder Baustoffe eingebracht sind.
Alle vorgefertigten Elemente der Außenhaut sind durch ein Stecksystem verbunden, wobei durch die Verwendung von Passstücken zwischen den Frontelementen und den Abstandelementen die Einstellung unterschiedlicher Neigungen und Krümmungen der Außenhaut möglich ist.
Die Segmente der Außenhaut entsprechen in ihren vertikalen Abmessungen der Dicke der einzubauenden und zu verdichtenden Schichten des Füllbodens. Die Außenhaut ist infolgedessen schichtförmig aufgebaut. Vorzugsweise sind die Segmente der Außenhaut 40 cm hoch. Die Schichten der Außenhaut sind im Regelfall treppenförmig zueinander versetzt.
Das Frontelement ist als biegesteife räumliche Gitterstruktur ausgeführt, welche eine verfestigte Begrünungsstruktur enthalten kann. Es ist vorgesehen, dass das Frontelement, aber auch die Abstandshalter aus Kunststoff, der einen Anteil nachwachsender Rohstoffe impliziert, besteht.
Die Abstandselemente sind an der Seite, wo die Rückwandelemente angelegt und befestigt sind, wie diese konkav gewölbt; an der Seite, wo die Frontelemente angelegt und befestigt werden, weisen die Abstandselemente einen Neigungswinkel zwischen 55 und 70° auf. Die Rückwandelemente bestehen bevorzugt aus verrottbarem Material oder aus Naturfasern.
Die spezielle Formgebung der Rückwand der Außenhaut verringert – durch die Verbesserung des Kraftflusses in den Geokunststoffbewehrungen – das Maß vertikaler und horizontaler Formänderungen des Tragsystems wesentlich. Neben der Erfüllung der Anforderungen an die Langlebigkeit eines solchen Bauwerkes – also Frost- und UV-Beständigkeit sowie Beständigkeit gegenüber schädigenden äußeren Einflüssen –, sind die Bedingungen für die Begrünung deutlich verbessert. Dazu trägt auch bei, dass durch die strikte Trennung von Füll- und Kulturboden letzterer locker eingebracht werden kann. Schließlich ermöglichen die Segmente der Außenhaut deren variable Gestaltung hinsichtlich Neigung, Höhe und Linienführung, wobei die Möglichkeit besteht, diese bei Beschädigung ohne Beeinträchtigung der Standsicherheit des Tragsystems auszuwechseln.
Nachteil der vorstehend beschriebenen Lösung ist, dass die konkav geformte Rückwand des Systems einen erheblichen Fertigungsaufwand, namentlich aufwendige Werkzeuge, erfordert und dadurch vergleichsweise kostenintensiv ist. Hinzu kommt, dass dieses System zur Errichtung von begrünbaren Stützbauwerken und Steilböschungen für viele Anwendungsfälle in dieser Komplexität nicht notwendig ist, sodass konstruktive und fertigungstechnische Vereinfachungen wünschenswert sind, namentlich der hohe Verbrauch an Geokunststoffen auch bei Steilböschungen geringer Höhe und Neigung bedarf einer neuen Lösung.
Weiterer Stand der Technik ist ausführlich in DE 10 2004 014 539 A1 dargestellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit einer modifizierten, fertigungstechnisch nachhaltig vereinfachten Geometrie der Rückwand weitere Anwendungsbereiche zu erschließen. Es sollen also sowohl der Fertigungsaufwand des Systems verringert als auch dessen Anwendbarkeit erweitert werden, sodass ein komplexes und wirtschaftliches Konstruktionssystem entsteht, mit dem das gesamte Marktspektrum für begrünbare Steilböschungen bei sparsamsten Einsatz von Geokunststoffen abgedeckt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 dargestellt. Die erweiterten Verwendungsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes sind im Patentanspruch 9 und den darauf rückbezogenen Ansprüchen 10 bis 12 angegeben.
Die Erfindung stellt ein zweischaliges Bauteil zur Errichtung begrünbarer aus mehreren Lagen gebildeter Steilböschungen vor, das aus einem Frontelement mit biegesteifer räumlicher Gitterstruktur, einem Abstandselement und einem Rückwandelement besteht. Dabei ist wesentlich, dass der Querschnitt des dauerhaft biegesteifen Rückwandelementes in vertikaler Richtung einem Polygonzug oder einer Geraden folgt. Das druckstabile Abstandselement ist an zumindest einer Seite durch Einkerbungen ausgeformt und weist Halterungen für kraftschlüssige Verbindungen mit Geokunststoffen auf. Am Abstandselement ist an mindestens zwei Stellen zumindest ein Verbindungsmittel angebracht, mit denen die Elemente des Bauteils form- und kraftschlüssig verbindbar sind.
Das Front-, Abstands- und Rückwandelement besteht aus Kunststoff. Die Einkerbungen am druckstabilen Abstandselement sind im eingebauten Zustand des Systems an der oberen Seite angebracht und stufenförmig ausgeformt, wodurch verschiedene Neigungen der zu errichtenden Steilböschungen ermöglicht werden; daraus folgend sind horizontale unterschiedlich breite Bermen ausgestaltbar.
Die Halterung für die kraftschlüssige Verbindung mit den Geokunststoffen ist im unteren Bereich der Abstandselemente angebracht, wobei es besonders vorteilhaft ist, sie auf einer lastverteilenden Schiene zu befestigen. Die Verbindungsmittel, mit denen die Elemente des Bauteils form- und kraftschlüssig verbindbar sind, sind am Abstandselement oben und unten angebracht. Es ist vorgesehen, die Verbindungselemente lösbar, vorzugsweise clipartig, auszugestalten.
Das oben beschriebene zweischalige Bauteil kann als eigenständiges Tragsystem, das dauerhaft die durch den Erddruck aus der Hinterfüllung entstehenden horizontalen Einwirkungen aufnimmt, verwendet werden.
Es ist vorgesehen, dass durch das Aufeinanderstapeln des zweischaligen Bauteils die begrünbare Steilböschung gebildet wird. Bei jeder Verwendung wird das zweischalige Bauteil kraftschlüssig mit horizontal und vollflächig oder horizontal und streifenförmig verlegten Geokunststoffen verbunden.
Es ist nach Maßgabe der Erfindung auch möglich, dass das Bauteil nur in einigen Lagen einer mehrlagigen Teilböschung mit Geokunststoffen verbunden ist.
Der wesentlichste Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das räumliche Außenhautelement, ausgeführt als zweischaliges Bauteil, in Abhängigkeit von der gewählten Verwendung differenziert mit Geokunststoffen kombiniert werden kann. Es können also begrünbare Steilböschungen aller Art mit oder ohne Geokunststoffe errichtet werden, wobei in Abhängigkeit von den praktischen Anwendungsparametern, beispielsweise Böschungshöhe, Böschungsneigung, statische und dynamische Einwirkungen, und den unterschiedlichen Anwendungsbereichen im Bauwesen die verschiedensten Systemvarianten von begrünbaren aus mehreren Lagen gebildeten Steilböschungen realisiert werden können.
So kann mit der Erfindung die Verkleidung und Begrünung einer Steilböschung aus aufeinander abgesetzten Außenhautelementen ohne statisch wirksame Bewehrung aus Geogittern, ebenso wie die Errichtung verschiedenartiger Stützbauwerke vorgenommen werden.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße zweischalige Bauteil zur Errichtung begrünbarer aus mehreren Lagen gebildeter Steilböschungen sowie dessen Verwendung mittels 1 bis 5 näher dargestellt.
1 zeigt die Elemente des zweischaligen Bauteils und deren Ausgestaltung sowie deren bestimmungsgemäße Zusammenfügung.
Das zweischalige Bauteil besteht aus dem Frontelement 1, dem Abstandselement 2 und dem Rückwandelement 3. Das Abstandselement 2 weist in beschriebener Weise die Einkerbungen 4 sowie die Verbindungsmittel 6 auf. Der Querschnitt des Rückwandelements ist erfindungsgemäß in vertikaler Richtung als Gerade ausgebildet.
In 2 sind neben dem Frontelement 1, zwei Abstandselemente 2 und das Rückwandelement 3 dargestellt, wobei der Querschnitt des dauerhaft biegesteifen Rückwandelementes 3 in vertikaler Richtung als Polygonzug dargestellt ist. Zudem ist die Befestigung der Halterung 5 ersichtlich.
Der 3 kann im Querschnitt der Aufbau einer Steilböschung, die durch das Aufeinanderstapeln 9 von vier zweischaligen Bauelementen gebildet ist, entnommen werden. Es ist ersichtlich, dass infolge der Einkerbungen 4 in unterschiedlicher Tiefe die Bermen 8.1 bzw. 8.2 ausgebildet werden können.
In 4 und 5 ist gezeigt, dass das zweischalige Bauteil mit Geokunststoffen 7 entweder in jeder Lage 10 oder nur in ausgewählten Lagen 11 verbunden ist. Dabei können die horizontal ausgelegten Geokunststoffe 7 vollflächig oder auch nur streifenförmig eingesetzt sein.
Bezugszeichenliste

1: Frontelement
2: Abstandselement
3: Rückwandelement
4: Einkerbungen
5: Halterungen
6: Verbindungsmittel
7: Geokunststoffe
8.1: kleine Berme
8.2: große Berme
9: Aufeinanderstapeln
10: Geokunststoffe, in jeder Lage des Stützbauwerkes
11: Geokunststoffe, nur in einigen Lagen des Stützbauwerkes

Claims

Zweischaliges Bauteil zur Errichtung begrünbarer aus mehreren Lagen gebildeter Steilböschungen, bestehend aus einem Frontelement (1) mit biegesteifer räumlicher Gitterstruktur, einem Abstandselement (2) und einem Rückwandelement (3), wobei der Querschnitt des dauerhaft biegesteifen Rückwandelementes (3) in vertikaler Richtung einem Polygonzug oder einer Geraden folgt, das druckstabile Abstandselement (2) an zumindest einer Seite durch Einkerbungen (4) ausgeformt ist und Halterungen (5) für kraftschlüssige Verbindungen mit Geokunststoffen (7) aufweist sowie am Abstandselement (2) an mindestens zwei Stellen zumindest ein Verbindungsmittel (6) angebracht ist, mit denen die Elemente (1, 2, 3) des Bauteils form- und kraftschlüssig verbindbar sind.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Front- (1), Abstands- (2) und Rückwandelement (3) aus Kunststoff bestehen.
Bauteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen (4) am druckstabilen Abstandselement (2) im eingebauten Zustand an der oberen Seite angebracht und stufenförmig ausgeformt sind, wodurch verschiedene Neigungen der Steilböschungen ermöglicht werden und daraus folgend horizontale, unterschiedlich breite Bermen (8.1; 8.2) entstehen.
Bauteil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen (5) für kraftschlüssige Verbindungen mit Geokunststoffe (7) im unteren Bereich des Abstandselementes (2) angebracht sind.
Bauteil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen (5) für kraftschlüssige Verbindungen mit den Geokunststoffen (7) auf einer lastverteilenden Schiene befestigt sind.
Bauteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (6), mit denen die Elemente des Bauteils form- und kraftschlüssig verbindbar sind, oben und unten am Abstandselement (2) angebracht sind.
Bauteil nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (6) lösbar ausgestaltet sind.
Bauteil nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (6) clipartig ausgestaltet sind.
Verwendung des zweischaligen Bauteils nach Anspruch 1 bis 8 als eigenständiges Tragsystem, das dauerhaft die durch den Erddruck aus der Hinterfüllung entstehenden horizontalen Einwirkungen aufnimmt.
Verwendung des Bauteils nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es durch das Aufeinanderstapeln (9) eine begrünbare mehrlagige Steilböschung bildet.
Verwendung des Bauteils nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es kraftschlüssig mit horizontal und vollflächig oder horizontal und streifenförmig verlegten (10) Geokunststoffen (7) verbunden ist.
Verwendung des Bauteils nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass es nur in einigen Lagen (11) der mehrlagigen Steilböschung mit den Geokunststoffen (7) verbunden ist.