DE19534677C2 - Vorrichtung zur Überwachung von dichtenden Bodenformationen, insbesondere von Deponiebasisabdichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung von dichtenden Bodenformationen, insbesondere von Deponiebasisabdichtungen, mit zumindest einem sich flächig erstreckenden Sensorelement zur Widerstandsmessung und mit einer an das Sensorelement angeschlossenen Auswerte­ elektronik, wobei das Sensorelement als Geotextil mit einer Vielzahl von Sensordrähten ausgebildet ist, wobei die Sensordrähte in zumindest zwei Sensordrahtgruppen ein flächiges Sensordraht-Widerstandsnetzwerk bildend ange­ ordnet sind und wobei die Sensordrähte der einen Sensorgruppe die Sensordrähte der anderen Sensordraht­ gruppe berührungslos kreuzen. - Als Bodenformation ist eine im wesentlichen homogene Bodenschicht oder ein Verbund aus mehreren, übereinander angeordneten unterschiedlichen Bodenschichten bezeichnet. Dabei besteht zumindest eine Bodenschicht vorzugsweise aus einem Abdichtungsboden. Dichtende Bodenformationen haben eine u. a. gegenüber Wasser dichtende Funktion, das heißt, daß der Durchlässigkeitsbeiwert der Bodenformation niedrig ist. Eine dichtende Bodenformation in Sinne der Erfindung kann auch eine Schicht aus künstlichem oder natürlichem, bodenfremdem Dichtungsmaterial aufweisen. Ein sich flächig erstreckendes Sensorelement ist in der Regel im wesentlichen parallel zu der dichtenden Bodenformation bzw. zu den Bodenschichten der Bodenformation angeordnet. Ein Sensorelement zur Widerstandsmessung besteht aus zumindest zwei elektrisch voneinander getrennten Elektroden, an welchen eine elektrische Spannung anlegbar ist. Eine an die beiden Elektroden angelegte elektrische Spannung führt dann zu einem Stromfluß zwischen den beiden Elektroden nach Maßgabe des Widerstands bzw. der Leitfähigkeit des Materials im Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden. Der Widerstand bzw. die Leitfähigkeit zwischen den beiden Elektroden ist dabei im wesentlichen bestimmt durch den Wassergehalt des sich zwischen den beiden Elektroden befindenden Materials. Dieses Material kann ein Boden und/oder ein bodenfremdes, poröses Material sein. Mit Hilfe der Auswerteelektronik wird der Widerstand zwischen den beiden Elektroden gemessen. Wenn die dichtende Bodenformation ihre Dichtfunktion teilweise oder ganz verliert, erreicht Sickerwasser die in die Bodenformation oder unter der Bodenformation eingebaute Vorrichtung. Die Folge ist ein Abfall des Widerstands bzw. ein Anstieg der Leitfähigkeit und zwar lokal im Bereich zweier sich bei der Durchbruchstelle kreuzenden Sensordrähte verschiedener Sensordrahtgruppen. Dies registriert die Auswerteelektronik und zeigt somit den Ausfall der Funktion der dichtenden Bodenformation, sowie den Ort des Durchbruchs an. Vorrichtungen dieser Art werden insbesondere in Deponiebasisabdichtung und/oder Deponiezwischenabdeckungen eingebaut, um den sicheren Einschluß von Schadstoffen in den Deponiekörper zu überwachen. Sie können aber auch beispielsweise zur Überwachung von Pipelines o.a. eingesetzt werden, sofern eine aus der Pipeline infolge eines Lecks ausströmende Flüssigkeit eine Widerstandsänderung hervorruft.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der Literaturstelle EP 0418209 A1 bekannt. Die insofern bekannte Vorrichtung besteht aus zwei Geotextilien, in welche gestreckte, parallele Sensordrähte, jeweils eine Sensordrahtgruppe bildend, eingebaut sind, wobei die beiden Geotextilien so miteinander verbunden sind, daß die Sensorgruppen gegeneinander verwinkelt sind. Diese Überwachungsvorrichtung hat sich grundsätzlich in funktioneller Hinsicht bewährt; in der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß im Zuge von oft nicht vermeidbaren Setzungen die eingebaute Überwachungs­ vorrichtung in beachtlichem Umfang Bruch oder Abriß von Sensordrähten erleidet. Solche Setzungen treten insbesondere bei Deponiekörpern regelmäßig auf. Der Bruch oder Abriß von Sensordrähten beruht dabei letztendlich auf der nicht ausreichenden Elastizität der üblichen Sensordrahtwerkstoffe wie Metall, Carbonfiber oder Leitpolymere. Bei einem Bruch der Sensordrähten verlieren die zugeordneten Flächenbereiche der Überwachungs­ vorrichtung vollständig ihre Funktion. Dies stört aus offensichtlichen Gründen, zumal ein Neueinbau einer Überwachungsvorrichtung meist extrem aufwendig ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung von dichtenden Bodenformationen anzugeben, welche zuverlässiger funktioniert.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung, daß die Sensordrähte gekräuselt sind mit der Maßgabe, daß die gekräuselten Sensordrähte um zumindest 2% länger sind als entsprechend angeordnete, jedoch gestreckte Sensordrähte. - Als Kräuselung ist eine im wesentlichen wellenförmige Verformung der Sensordrähte bezeichnet, wobei die Wellen gleichförmig, beispielsweise auch periodisch, über die Längserstreckung des Sensordrahtes verteilt sind. Dabei beträgt der Abstand benachbarter Wellenberge oder Wellentäler weniger als ein Meter, vorzugsweise weniger als 10 Zentimeter oder auch weniger als 1 Zentimeter. Wird ein erfindungsmäßiges Geotextil im eingebauten Zustand aufgrund von Setzungen gedehnt, so werden die gekräuselten Sensordrähte hierbei gleichsam glattgezogen, aber nicht über die Elastizitäts­ grenze hinaus auf Zug beansprucht. Vorteilhafterweise können die üblichen Sensordrahtwerkstoffe verwendet werden.

Im Ergebnis ist die Bruch- bzw. Rißgefahr der Sensordrähte in eingebautem Zustand praktisch vollständig ausgeschlossen. Auch ist es möglich, das Maß der Kräuselung auf die zu erwartenden maximalen Setzungsdehnungen abzustimmen. Unschwer können die Sensordrähte so gekräuselt sein, daß die Länge der gekräuselten Sensordrähte um 5%, 10%, sogar 100% größer ist als die Länge entsprechender gestreckter Sensordrähte. Um das entsprechende Maß ist das Geotextil dann setzungsbedingt dehnbar. Hierbei kann das Geotextil auch die tragende Funktion üblicher Geotextilien in der Bodenformation ausüben und insofern als in ihrer Elastizität auf die Auflast abgestimmte Bewehrung funktionieren, wobei lediglich das Maß der Kräuselung der Sensordrähte entsprechend anzupassen ist.

Vorteilhafterweise sind die Sensordrähte mit jeweils zugeordneten Anschlußleitungen kontaktiert und die Anschlußleitungen mit der Auswerteelektronik verbunden, wobei die Auswerteelektronik zur zweidimensional­ ortsaufgelösten Ausgabe von Netzwerk-Widerstandswerten eingerichtet ist. Hierzu kann die Auswerteelektronik verschiedene Sensordrahtpaare, welche jeweils aus Sensordrähten verschiedener Sensordrahtgruppen gebildet sind, subsequent ansteuern. In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Geotextil zumindest eine Schicht aus einem Faservlies auf, sind die Sensordrähte in oder an dieser Faservlies-Schicht angeordnet und ist das Faservlies mit den Sensordrähten stauchgekräuselt. Ein Faservlies besteht im wesentlichen aus unregelmäßig angeordneten Stapelfasern oder Monofilamenten. Im Zuge der Herstellung des Faservlieses können die Sensordrähte auf einfache Weise eingebaut werden. Wenn die Sensordrähte im Zuge der Ablage der Stapelfasern oder Monofilamente abgelegt werden, sind die Sensordrähte in dem fertigen Geotextil angeordnet. Die Sensordrähte können jedoch auch nach der Herstellung des Faservlieses auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Faservlieses aufgebracht werden. Dabei sind die Sensordrähte zunächst gestreckt. Wird nun das Faservlies in einer üblichen Crimpanlage stauchgekräuselt, so erfolgt zuzüglich eine Kräuselung der Sensordrähte.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sensordrahtgruppen jeweils aus im wesentlichen linear und parallel zueinander angeordneten Sensordrähten gebildet sind und daß die Sensordrähte verschiedener Sensordrahtgruppen gegeneinander verwinkelt, vorzugsweise rechtwinkelig verwinkelt, sind. Mit anderen Worten ausgedrückt wird eine nichtorthogonale oder orthogonale n × m Widerstands-Matrix gebildet. Dabei ist n die Zahl der Sensordrähte in einer Sensordrahtgruppe und m die Zahl der Sen­ sordrähte in der anderen Sensordrahtgruppe. Das Widerstandsnetzwerk besteht dann aus einer Anzahl Widerstände, welche sich aus dem Produkt von n und m errechnet. Jedes Element der insofern gebildeten Widerstandsmatrix ist dadurch abfragbar, daß die Auswerteelektronik das dem Element zugeordnete Sensor­ drahtpaar aktiviert. Nach subsequenter Abfrage aller Matrixelemente können diese ohne weiteres zweidimensional-ortsaufgelöst ausgegeben werden.

Eine weitere Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest eine der Hauptflächen des Geotextils eine praktisch wasserdichte Beschichtung aufweist. Vorzugsweise ist diese wasserdichte Beschichtung deponiekörperseitig angebracht. Bei dieser Ausführungsform erfüllt die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung nicht nur eine Überwachungsfunktion, sondern wirkt auch selbst dichtend.

Vorteilhafterweise sind die Anschlußleitungen jeder Sensordrahtgruppe mit je­ weils einem der Sensordrahtgruppe zugeordneten Multiplexer verbunden. Die Ausgänge der Multiplexer sind mit der als Rechnereinheit ausgebildeten Aus­ werteelektronik verbunden. Bei dieser Ausführungsform entfällt das aufwendige Verlegen von langen vieladrigen Anschlußleitungen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und

Fig. 2 Eine Aufsicht auf den Gegenstand der Fig. 1
In der Fig. 1 erkennt man ein Sensorelement (1), welches als Geotextil aus­ gebildet ist. Da bei weist das Geotextil eine Schicht aus einem Faservlies (2) auf. In der Fig. 1 sind weiterhin die Sensordrähte (3a) einer Sensordrahtgruppe (4a) sowie ein einzelner Sensordraht (3b) einer anderen Sensordrahtgruppe (4b) er­ kennbar. Beide Hauptflächen (5a, 5b) des Faservlieses (2) sind mit einer prak­ tisch wasserdichten Beschichtung (6a, 6b) versehen. Wird die oberhalb des Sensorelementes (1) liegende dichtende Bodenformation und die dieser Boden­ formation zugewandte Beschichtung (6b) undicht, so zeigt eine Auswerteelek­ tronik (9) diese Undichtigkeit zweidimensional-ortsaufgelöst an. Die zweite, gegenüberliegende wasserdichte Beschichtung (6a) gewährleistet, daß - im Falle des Einsatzes z. B. in eine Deponiebasisabdichtung - trotz des Durchbruchs von Sickerwasser bis zur Faservlies-Schicht (2) keine Schadstoffe aus dem Deponie­ körper austreten können. Durch Reparatur der dichtenden Bodenformation läßt sich die ursprüngliche Dichtheit wieder herstellen. Im Rahmen des Geotextils kann auf übliche Weise eine zusätzliche Dränage eingerichtet sein.

In der Fig. 2 erkennt man zunächst, daß eine Vielzahl von Sensordrähten (3a, 3b) eingerichtet sind. Die Sensordrähte (3a, 3b) sind in zwei Sensordraht­ gruppen (4a, 4b), ein flächiges Sensordraht-Widerstandsnetzwerk bildend, ange­ ordnet. Dabei kreuzen die Sensordrähte (3a) der einen Sensordrahtgruppe (4a) die Sensordrähte (3b) der anderen Sensordrahtgruppe (4b) berührungslos. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß die Sensordrahtgruppen (4a, 4b) jeweils aus im wesentlichen linear und parallel zueinander angeordneten Sensor­ drähten (3a, 3b) gebildet sind, und daß die Sensordrähte (3a, 3b) verschiedener Sensordrahtgruppen (4a, 4b) gegeneinander rechtwinkelig verwinkelt sind. In der herausgezogenen schematischen Ausschnittsvergrößerung erkennt man, daß die Sensordrähte (3a, 3b) gekräuselt sind. Zum besseren Verständnis sind bei den Kreuzungspunkten Widerstandssymbole eingezeichnet. Diese Wider­ standssymbole symbolisieren die Widerstände des Materials zwischen den Sen­ sordrähten (3a, 3b) im Bereich der Kreuzungspunkte. Diese Widerstände sind im wesentlichen bestimmt durch die Wassermenge in den Bereichen der Kreuzungspunkte. In der Fig. 2 erkennt man weiterhin, daß die Sensordrähte (3a, 3b) mit jeweils zugeordneten Anschlußleitungen (7a, 7b) kontaktiert sind. Die Anschlußleitungen (7a, 7b) sind über jeweils einem jeder Sensordrahtgruppe (4a, 4b) zugeordneten Multiplexer (8a, 8b) mit der Auswerteelektronik (9) verbunden. Die Auswerteelektronik (9) ist als Rechnereinheit ausgebildet. Die Rechnereinheit steuert jeweils einen Sensordraht (3a, 3b) jeder Sensordraht­ gruppe (4a, 4b) an durch Aufgabe einer Spannung zwischen beiden Sensor­ drähten (3a, 3b) und mißt so den Widerstand im Bereich des Kreuzungspunktes beider Sensordrähte (3a, 3b). Dies erfolgt nacheinander für alle Sensordrähte (3a) der ersten Sensordrahtgruppe (4a), während der angesteuerte Sensordraht (3b) der zweiten Gruppe (4b) gleichbleibt. Danach wird ein nächster Sensordraht (3b) der zweiten Sensordrahtgruppe (4b) angesteuert und werden wiederum nacheinander alle Sensordrähte (3a) der ersten Sensorgruppe (4a) aktiviert, usw., bis alle Widerstände des Sensordraht-Widerstandsnetzwerkes abgefragt sind. Die so subsequent gemessenen Widerstände des Sensordraht-Wider­ standsnetzwerkes werden zwischengespeichert und am Ende eines gesamten Durchgangs zweidimensional-ortsaufgelöst dargestellt. Es versteht sich, daß auch ein Durchbruch von Sickerwasser zwischen 2 oder mehreren Kreuzungs­ punkten angezeigt wird, da das Sickerwasser sich im Faservlies auch lateral ausbreitet. Dann wird ein Widerstandsabfall von einem oder mehreren Netzwerk-Wi­ derständen gleichzeitig angezeigt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Überwachung von dichtenden Boden­ formationen, insbesondere von Deponiebasisabdichtungen, mit zumindest einem sich flächig erstreckenden Sensor­ element (1) zur Widerstandsmessung und mit einer an das Sensorelement (1) angeschlossenen Auswerteelektronik (9), wobei das Sensorelement (1) als Geotextil mit einer Vielzahl von Sensordrähten (3a, 3b) ausgebildet ist, wobei die Sensordrähte (3a, 3b) in zumindest zwei Sensordraht­ gruppen (4a, 4b) ein flächiges Sensordraht-Widerstands­ netzwerk bildend angeordnet sind und wobei die Sensordrähte (3a) der einen Sensordrahtgruppe (4a) die Sensordrähte (3b) der anderen Sensordrahtgruppe (4b) berührungslos kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensordrähte (3a, 3b) gekräuselt sind mit der Maßgabe, daß die gekräuselten Sensordrähte (3a, 3b) um zumindest 2% länger sind als entsprechend angeordnete jedoch gestreckte Sensordrähte.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensordrähte (3a, 3b) mit jeweils zugeordneten Anschlußleitungen (7a, 7b) kontaktiert und die Anschlußleitungen (7a, 7b) mit der Auswerteelektronik (9) verbunden sind und daß die Auswerteelektronik (9) zur zweidimensional-ortsaufgelösten Ausgabe von Netzwerk-Wi­ derstandswerten eingerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Geotextil zumindest eine Schicht aus einem Faservlies (2) aufweist, daß die Sensordrähte (3a, 3b) in oder an dieser Faservlies-Schicht (2) angeordnet sind, und daß das Faservlies (2) mit den Sensordrähten (3a, 3b) stauchgekräuselt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Sensordrahtgruppen (4a, 4b) jeweils aus im wesentlichen linear und parallel zueinander angeordneten Sensordrähten (3a, 3b) gebildet sind und daß die Sensordrähte (3a, 3b) verschiedener Sensordrahtgruppen (4a, 4b) gegeneinander verwinkelt, vorzugsweise rechtwinkelig verwinkelt, sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Hauptflächen (5a, 5b) des Geotextils mit einer praktisch wasserdichten Beschichtung (6a, 6b) versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (7a, 7b) jeder Sensordrahtgruppe (4a, 4b) mit jeweils einem der Sensordrahtgruppe (4a, 4b) zugeordneten Multiplexer (8a, 8b) verbunden sind, und daß die Ausgänge der Multiplexer (8a, 8b) mit der als Rechnereinheit ausgebildeten Auswerteelektronik (9) verbunden sind.