DE2053891A1

DE2053891A1 - Verfahren zum Erhöhen der Festigkeitseigenschaften von Lockergestein als Baustoff und künstliches Bauwerk aus Lockergestein

Info

Publication number: DE2053891A1
Application number: DE19702053891
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-11-03
Filing date: 1970-11-03
Publication date: 1972-05-10

Description

Verfahren zum Erhöhen der Festigkeitseigenschaften von Lockergestein als Baustoff und künstliches Bauwerk aus Lockergestein Bei der Bemessung der Standsicherheit eines Grundbauwerkes wie einer hinterfüllten Stützwand ist die waagerecht wirkende Kraft des Bodens, d.h. der Erddruck, zu berücksichtigen.
Es handelt sich dabei um die Kraft, die ein steiler- als unter natürlicher Böschung anstehender Boden durch einen Gleitkörper auf die stützende Zand ausübt. Dieser aktive Erddruck wirkt, wenn sich der Boden gegen die Wand bewegt und der Gleitkörper versucht abzurutschen und die Wand fortzu schieben. Bewegt sich hingegen die Wand unter dem Einfluß anderer Kräfte gegen den Boden, so entwickelt sich im Boden ebenfalls ein Geitkörper, der der Wand einen Widerstand entgegensetzt, den sogenannten Erdwiderstand. Dabei auftretende Erdspannungen sind abhängig von den Festigkeitseigenschaften des Bodens. Im Grenzfall des Gleichgewichtes stellt sich im Boden eine Zone geringsten Scherwiderstandes ein, die als Gleitfläche bezeichnet wird. Derartig. Gleitflächen treten auch beispielsweise bei geschütteten Dämmen auf, wenn der Boden eine Böschungsneigung hat, die steiler ist als die Festigkeit des Bodens und die Belastungsverhältnisse es gestatten, so daß der Boden ausbricht und abrutscht, Die Lage dieser Gleitfläche bestimmt in einer von einer Wand abgestiltztem Boden die Größe des Erddruckes, der auf die Wand wirkt, da sich nach der Gleitfläche die Größe des für den Erddruck maßgeblichen Gleitkörpers ergibt. Für die Lage der Gleitflähe ist der von der Art und Beschaffenheit des Bodenmaterials abhängige Reibungswinkel maßgeblich, der gelegentlich auch als Böschungswinkel bezeichnet wird.
Der Einfachheit halber kann hier davon ausg««ngen werden, daß es dabei um den Winkel zwischen einer Horizontalen und der Seite eines lose geschütteten Sandhaufens handelt. Bei losem Sand beträgt dieser Winkel etwa 350, Einem solchen Reibungswinkel entspricht ein Erddruckbeiwert von 0,27. Bei einem Reibungswinkel von 400 beträgt der Erddruckbeiwert nur noch 0,22. Es ist deshalb verständlich, daß man versucht, durch zusätzliche Maßnahmen die Festigkeitseigenschaften bzw. den Reibungswinkel von Lockergestein zu erhöhen, um dadurch den aktiven Erddruck zu vermindern, denn je geringer der rechnerisch zu berücksichtigende aktive Erddruck ist, desto geringer sind auch die Anforderungen, die hinsichtlich der Standsicherheit an das Bauwerk zu stellen sind.
Nach einem bekannten Verfahren sollen dem Lockergestein zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften Bleche oder Seile aus nicht rostendem Stahl zugegeben werden. Dabei geht man ähnlich der Anwendung von Stahl im Zusammenwirken mit Beton davon aus, daß die zugfesten Materialien an die Stelle und in die Richtung der zu erwartenden Zugkräfte bzw. Beanspruchungen gelegt werden.
Es hat sich aber gezeigt, daß ein solches Verfahren für die Praxis nichbkirtschaftlich ist und zwar sowohl wegen des Arbeitsaufwandes, als auchhinsichtlich des erheblichen Materialaufwandes.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften dem Lockergestein geschlungene, flexible Fäden aus Kunststoff bei zugeben. Die einzelnen Fäden werden dafür vorzugsweise in loser Anordnung liegend beigemischt, denn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung läßt sich dafür eine Mischmaschine herkömmlicher Bauart verwenden, selbst wenn der Begriff "Lockergestein" im weitestgehenden Sinne zu versehen ist, so daß darunter nicht nur Kies oder Sand zu verstehen ist, sondern auch bindiges Material, wie Lehm oder Kleie.
Die Länge der einzelnen Kunststoffäden und auch ihr Durchmesser werden vorzugsweise in Abhängigkeit von der Korngröße des Gesteines ausgewählt. In praktischen Versuchen wurde ermittelt, daß die Länge der Fäden etwa bis zu 2 m betragen kann und daß die Stärke der Fäden bei einer Verwendung in Sand vorzugsweise etwa 0,1 bis 1 mm betragen kann. Eine so geringe Stärke ist vorteilhaft, da bei ihr die Eigensteifigkeit der Fäden nur außerordentlich gering ist, so daß sich die Fäden leicht mischen lassen und dabei in hohem Maße verschlingen. Die Haftung der vorgeschlagenen Fäden im Lockergestein ergibt sich bereits im ausreichenden Maße durch die beim Mischen des Verbundkörpers eintretende unregelmäßige, sich kreuzende und sich verschlingende Lage der einzelnen Fäden. Sie kann aber erfindungsgemäß noch verbessert werden durch die Anordnung von Verstärkungen in den Fäden, wie von Knoten oder Nocken oder durch eine Strukturierung oder ein Weben der Fäden. Infrage kommen deshalb auch gewebeartig zu Matten geflochtenen Fäden.
Es wurde weiterhin für vorteilhaft erkannt, wenn das Lockergestein mit den eingemischten Kunststoffäden in einzelnen, höhenmäßig im Abstand zueinander stehenden Lagen eingebaut wird. Vorzugsweise erfolgt nach dem Einbau jeder Lage eine Verdichtung des Bodens, da sich hierdurch die Verbundwirkung noch steigern läßt und der Reibungswinkel noch weiter erhöhen läßt. Eine solche Verdichtung läßt sich mit an sich bekannten Rüttelgeräten erzielen. Je nach der Leistung dieser Verdichtungsgeräte und dem zu verfolgenden Zweck kann die Stärke der einzelnen Lagen ausgebildet sein, die auch bis zu mehreren Metern groß sein können. Im übrigen läßt sich die Anordnung solcher Lagen auf jene Stellen beschränken, an denen eine höhere Festigkeit des Verbundstoffes technisch und wirtschaftlich Vorteile verspricht.
Versuche haben gezeigt, daß bei Herstellung eines Verbundkörpers mit regelloser Beimischung von zugfesten Fäden aus Polyester eine erhebliche Verbesserung der Festigkeitseigenschaften zu erzielen ist. Ein derart hergestelltes Baumaterial hat bei der Verwendung von ziligem Lockergestein und lageweisem Einbau mit Verdichtung hinsichtlich seiner Zusammendrückbarkeit die Eigenschaften von dicht gelagertem rolligen Material. Hinsichtlich der Scherfestigkeit wirkt sich hingegen der Verbund der zugfesten Polyesterfäden in einer Erhöhung des Reibungswinkels aus. Diese Erhöhung des Reibungswinkels erlaubt die wirtschaftliche Erstellung von künstlichen Bauwerken mit Abmessungen, die bisher nicht möglich erschienen. Bei anderen Bauvorhaben gibt die Erfindung die Möglichkeit, erhebliche Einsparungen an den Bauteilen zu erzielen, welche die Lage des Gesteins sicherstellen sollen, d.h. zum Beispiel Spundwänden oder Schutzmauern. Zwar entstehen durch die vorgeschlagene Aufbereitung des Lockergesteines zusätzliche Kosten. Diese sind aber erheblich geringer als die dadurch zu erziehenden Einsparungen.
Wenn bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Zugfestigkeit der einzelnen Fäden zwar erst in dem Maße aktiviert wird, in dem das Bauwerk Formänderungen erleidet und demzufolge ein Verbundkörper aus Sand mit schlaff eingelegten Fäden beispielsweise besonders geeignet ist für die Hinterfüllung einer Spundwand, die auf aktiven Erddruck bemessen ist, so ist die Anwendung auf derartige Bauwerke nicht beschränkt. Die Verwendung von schaffen, zugfesten Fäden ohne Eigensteifigkeit die aus Kunststoff bestehen sollen, bringt auch große Vorteile beim Bau von Verkehrsdämmen durch Schütten des Lockergesteines, insbesondere, wenn ein solches Bauwerk auf nachgiebigem Untergrund mit geringer Scherfestigkeit errichtet werden soll. Bekanntlichtreten bei Dämmen in der Sohle besonders große Scherspannungen auf, die den Untergrund ungünstig beanspruchen und häufig die auslösende Ursache für ein Rutschen des Gesteines sind. Durch Beimischung zugfester Fäden, insbesondere in den untersten zum Einbau gelangenden Lagen des Dammes, dh. im Bereich der Sohle, reichen schon geringe Ausweichbewegungen des weichen Untergrundes aus, um die anderenfalls nicht aufnehmbaren Scherspannungen von der Damaschüttung fernzuhalten durch Aufnahme von den in gewissem Umfang auf Zug zu beanspruchenden unteren Lagen des Dammkörpers. Ein bedeutungsvolles Anwendungsgebiet der Erfindung liegt deshalb auch im Bau von Verkehrsdämmen, insbesondere in erdbebengefährdeten Gebieten.
Weiterhin werden die Anwendungsmöglichkeiten noch erweiterte, wenn die zugfesten Kunststoffaden aus einem Material hergestellt werden, das noch eine gewisse, vorzugsweise regelbare Zeit nach dem Einbau durch den Einfluß der Zeit und/oder andere äußere Einflüsse, wie Temperaturänderungen, Plüssigkeiten oder ähnliches schrumpft. Durch einen solchen Schrumpfvorgang werden als Reaktion einer Zugvorspannung auch ohne Formänderung des Verbundkörpers Druckkräfte auf das umgebende Lockergestein abgegeben, durch die seine Festigkeit ebenfalls erhöht wird.
Zwei Bauwerke gemäß der Erfindung und das Verfahren ihrer Herstellung sind nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Sttitzmauer mit Böschung 1 Schnitt und Fig. 2 einen Verkehrsdama im Schnitt.
In Fig. 1 ist eine als Uferbefestigung wirksame Stützmauer 1 im Schnitt gezeigt, die mit einem Boden 2 aus lockerem, rolligem Gestein'hinterfnllt ist. Ii des Boden befinden sich höhenmäßig von-einander getrennt drei Lagen 3 aus einem Gemisch dieses Lockergesteines mit Fäden aus Kunststoff, die zugfest und flexibel sind. Die in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellten Fäden liegen in loser Ordnung miteinander und mit dem Gesein verschlungen im Bereich der einzelnen Lagen. Sie haben eine Länge von etwa 1 m und eine Stärke von weniger als 1 mm. Tritt im Lockergestein 2 eine Verformung ein, insbesondere durch ein nur äußerst geringes Nachgeben der Stützwand 1, so erhalten die einminen Fäden - je nach ihrer Lage - eine mehr oder weniger große Zugspannung, die sie infolge ihrer Verschlingungen als Druckspannung auf das Lockergestein 2 übertragen. Dadurch ergibt sich eine Erhöhung der Scherfestigkeit des Lockergesteines bzw.
ein geringerer, bei der Berechnung der Stützwand 1 an sich zu berücksichtigender aktiver Erddruck.
Der in Fig. 2 im Schnitt dargestellte Damm 4 ist ebenfalls aus einem geschütteten Lockergestein 2 hergestellt. Dieser Damm 4 ist im Bereich seiner Sohle mit einer relativ starken Lage 5 versehen, die als ein Verbundkörper ausgebildet ist, der ebenfalls aus geschlungenen, flexiblen zugfesten Kunststoffäden bedie steht in einer Mischmaschine mit dem Lockergestein gemischt wurden. Der Gewichtsanteil der Kunststoffäden in dem Lockergestein im Bereich der einzelnen Lagen beträgt vorzugsweise nur bis zu 1 %. Die aus mehreren einzeln eingebrachten Schichten bestehende Lage 5 ist durch Verwendung von Rüttelgeräten zusätzlich verdichtet. Sie gibt die Möglichkeit, die an der Sohle auftretenden Scherspannungen aufzunehmen, die bei Fehlen der auf Zug zu beanspruchenden Kunststoffäden Ursache für ein Rutschen der Dammböschungen sein können.
Zur weiteren Festigung des Dammes sind über der Lage 5 noch zwei weitere Lagen 3 vorgesehen, die im höhenmanigen Abstand zueinander stehen und von geringerer Stärke sind.
- Ansprüche -

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zum Erhöhen der Festigkeitseigenschaften von Lockergestein als Baustoff für künstliche Bauten, wie Dämme und Hinterfüllungen von Stützwänden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lockergestein geschlungene flexible Fäden aus Kunststoff beigegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lockergestein die Fäden in loser Ordnung liegend beigemischt werden.
3. Verfahren nach einem oder beiden der volfiggehenden Ansprüche, durch gekennzeichnet, daß Kunststoffäden beigemischt werden, deren Länge inAbhängigkeit von der Korngröße des Lockergesteines bis zu 2 m ist.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffäden beigemischt werden, deren Stärke in Abhängigkeit von der torngröhe des Lockergesteines bis zu 1 mm beträgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lockergestein Kunststoffäden mit einem Gewichtsanteil von bis zu 1 X des Gewichtes vom Lockergestein beigemischt werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffäden mit Verstärkungen, wie Knoten oder Nocken, beigemischt werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Kunststoffäden gemischte Lockergestein in Lagen eingebaut wii4 die höhenmäßig im Abstand zueinander stehen.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen in.einer Stärke von m bis t m ausgebildet werden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Kunststoffäden versehene Lockergestein nach dem Einbau verdichtet wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffäden dem Lockergestein in einer Mischmaschine beigemischt werden.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lockergestein geschlungene flexible Kunststoffäden beigemischt werden, die nach dem Einbau schrumpfen.
12. Künstliches Bauwerk aus Lockergestein, wie StUtzwandhinterfüllung oder Damm, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lockergestein (2) Lagen (3, 5) angeordnet sind, in denen geschlungene flexible, zugfeste Fäden aus Kunststoff in loser Ordnung liegen.
13. Künstliches Bauwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Lockergestein Kunststoffäden mit einem Gewichtsanteil von bis zu 1 % und einer Stärke von bis zu 1 mm enthält.
14. Künstliches Bauwerk, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauwerk als Bestandteil ein Lockergestein (2) aufweist, das nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit Fäden aus Kunststoff versehen ist.

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