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Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 159. Jg., Heft 1–12/2014 1

Kurzfassung

Im Rahmen eines Forschungsprojektes der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) des Eidgenössischen Depar-tements für Wirtschaft, Bildung und Forschung der Schweiz wurden in Winterthur unter der Leitung der Berner Fachhoch- schule Burgdorf Großfeldversuche mit flexiblen Böschungs- stabilisierungssystemen durchgeführt. Dazu wurde ein 13 x 15 m großer Stahlrahmen mit Bodenmaterial verfüllt und mit Hilfe eines 500 to-Raupenkrans schräg gestellt. Zur Stabilisierung des Bodenmaterials gegen oberflächennahe Instabilitäten dient-en verschiedene Geflecht- und Netzabdeckungen in Kombina-tion mit einer Vernagelung. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die Versuchsanordnung und fasst die Erkenntnisse aus den durchgeführten Großfeldversuchen zusammen. Zudem wird durch Rückrechnung das Bemessungskonzept RUVOLUM veri-fiziert. Im Hinblick auf projektspezifische Anwendungen sollen das Tragverhalten solcher flexiblen Sicherungssysteme besser verstanden, und die Anwendungsmöglichkeiten, aber auch die Grenzen, aufgezeigt werden.

Abstract

In the scope of a research project by the Commission for Tech-nology and Innovation (CTI) of the Swiss Federal Department of Economic Affairs, Education and Research, large-scale field tests with flexible slope stabilization systems were performed in Winterthur under the direction of the Bern University of Applied Sciences in Burgdorf. For this purpose, a 13 x 15 m steel frame was filled with soil material and tilted using a 500 to crawler crane. Different mesh and net coverings combined with a nail anchoring system were used to stabilize the soil material against instabilities near the surface. This article gives an overview of the test assembly and summarizes the results from the large-scale field tests performed. In addition, the retrograde calculation of the RUVOLUM dimensioning concept was verified. In view of the project-specific applications, the load bearing behavior of this type of flexible safety system will be better understood and the possibilities of the application as well as the limits will be illustrated.

1. Einleitung

In Zusammenarbeit mit der Geobrugg AG als Industriepart-ner wurden insgesamt 23 Großfeldversuche an flexiblen Böschungsstabilisierungssystemen durchgeführt. Durch Vari-

Großfeldversuche mit flexiblen BöschungsstabilisierungssystemenLarge-scale field tests with flexible slope stabilizations systemsVon D. F lum, St. Gallen (CH), M. S to lz , Burgdorf (CH) und A. Roduner, Romanshorn (CH) Mit 25 Abbildungen und 2 Tabellen

Dipl.-Ing. Daniel F lum

ation der Nagelabstände und des Bodenmaterials konnte das Tragverhalten der unterschiedlichen Systeme eingehend analy-siert werden. Dies erlaubt einen objektiven Systemvergleich bei ähnlichen Verhältnissen. Nach der Versuchseinrichtung, des verwendeten Bodenmateri-als und der getesteten flexiblen Böschungsstabilisierungssyste-me werden die Messeinrichtung beschrieben und die Versuchs- ergebnisse zusammengefasst. Die Auswertung beschränkt sich primär auf die visuelle Analyse der Verformungen der Ober- fläche auf der Grundlage von Laserscans. Unter Verwendung von systemspezifischen Krallplatten lassen sich daraus inter-essante Erkenntnisse hinsichtlich Lastausbreitung, Kräftefluss und Verformungsverhalten gewinnen. Diese Informationen die-nen als Basis für die Verifizierung des Bemessungskonzeptes RUVOLUM und geben Hinweise für die praktische Umsetzung.

2. Versuchseinrichtung

Die Versuchseinrichtung besteht aus einem 13 x 15 m großen Stahlrahmen, welcher über eine Fläche von 10 x 12 m mit Bo-denmaterial bis zu einer Schichtstärke von 1.20 m gefüllt werden kann. Die Neigung des Rahmens lässt sich über einen 500 to Kran durch Anheben zwischen 0 und 85° variieren.

Abb. 1: Gesamtansicht VersuchseinrichtungFig. 1: Total overview of testing equipment

Prof. Dipl.-Ing. Martin S to lz

Dipl.-Ing. Armin Roduner

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Großfeldversuche mit flexiblen Böschungsstabilisierungssystemen

2 Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 159. Jg., Heft 1–12/2014

Die Grund- und Seitenflächen des Versuchsfeldes sind mit un-gehobelten Holzdielen flächig belegt. Damit die Gleitflächen von oberflächennahen Instabilitäten sich innerhalb des Schütt- materials ausbilden und nicht dem Bretterboden folgen, wur-den zur Erhöhung der Rauhigkeit in Querrichtung Holzlatten mit einer Querschnittsfläche von 30 x 60 mm aufgebracht (vgl. Abb. 3 und 4). Die Geflechtabdeckung wurde oben und unten an Randseile vernäht. Diese wiesen je nach Sicherungssystem einen Durch-messer von 14 – 22 mm auf und wurden gegen seitlich ange-ordnete Poller verspannt. Um einen Ausschnitt aus einer unend-lich langen Böschung möglichst realitätsgetreu nachzubilden, wurde die Geflechtabdeckung seitlich über U-Profile gegen den Rahmen verschraubt. Dies entspricht einer linearen unver-schieblichen Lagerung. Als Nägel wurden GEWI D = 28 mm bzw. D = 32 mm mit vermör-teltem Hüllrohr eingesetzt. Die Verbindung zur Rahmenkonst-ruktion erfolgte über eine am Nagel angeschweißte Grundplatte, welche selbst gegen eine weitere Stahlplatte verschraubt wur-de. Das Hüllrohr wurde in ein auf der Grundplatte befestigtes Stahlrohr geführt. Der Nagel gilt als biegesteif mit dem Rahmen verbunden. Auf eine herkömmliche Vermörtelung des Nagels musste aus installationstechnischen und zeitlichen Gründen verzichtet werden. Zur Befestigung des Geflechtes wurden auf das Geflecht abge-stimmte Krallplatten verwendet. Das obere Tragseil wurde nicht über Nagel gehalten, sondern über Seilstruppen gegen Poller fixiert. Der seitliche Abstand der Poller entspricht jeweils dem horizontalen Nagelabstand. Die Geflechtbahnen wiesen eine Breite von 2.0 – 3.5 m auf und wurden über systemspezifische Verbindungsmittel miteinander kraftschlüssig verbunden. Um ein Herausrieseln des rolligen Kieses durch die Maschen zu ver-hindern, wurde ab dem 4. Versuch unter der Geflechtabdeckung ein Gewebe mit einer Öffnungsweite von 20 x 20 mm mit gerin-ger Zugfestigkeit und ohne statische Funktion aufgelegt.

3. Zielsetzung

Die Durchführung der Großfeldversuche hat das übergeordnete Ziel, das Tragverhalten solcher flexiblen Böschungsstabilisie-rungssysteme bei unterschiedlichen Randbedingungen unter

Abb. 2: Versuch Nr. 1, TECCO® G65/3 + P33, Nagelraster 2.5 x 2.5 m, Rundkies 16 – 32 mm, a = 35°Fig 2: Test no. 1, TECCO® G65/3 + P33, nail grid 2.5 x 2.5 m, round gravel 16 – 32 mm, a = 35°

Abb. 4: Versuch Nr. 13, TECCO® G65/4 + P33, nach Rückbau Ge-flechtabdeckung und Ausbau Bodenmaterial, Nagelraster 3.5 x 3.5 mFig. 4: Test no. 13, TECCO® G65/4 + P33, after dismantling mesh cover and removing material, nail grid 3.5 x 3.5 m

Abb. 3: Versuch Nr. 2, Hexagonalstahldrahtgeflecht 80x100/2.7 mm, Nagelraster 2.5 x 2.5 m, Rundkies 16 – 32 mm, bei VersuchsendeFig. 3: Test no. 2, hexagonal steel wire mesh 80x100/2.7 mm, nail grid 2.5 x 2.5 m, round gravel 16 – 32 mm, at end of test

Abb. 5: Versuch Nr. 5, TECCO® G65/3 + P33, bei Versuchsbeginn, sandiger Kies 0 – 63 mm, Nagelraster 2.5 x 2.5 m, Randbefestigung obenFig. 5: Test no. 5, TECCO® G65/3 + P33, at beginning of test, sandy gravel 0 – 63 mm, nail grid 2.5 x 2.5 m, top edge fastening Fig. 4: Test no. 13, TECCO® G65/4 + P33, after dismantling mesh cover and removing material, nail grid 3.5 x 3.5 m

Bodenmaterial ‘k [°]

c’k [kN/m2]

k [kN/m3]

Rundkies, 16 – 32 mm 33 0 20 Sandiger Kies aus gebrochenem Recyclingmaterial, 0 – 63 mm 38 0 21

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Großfeldversuche mit flexiblen Böschungsstabilisierungssystemen

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möglichst realen Bedingungen zu analysieren und besser zu ver-stehen. Dies im Hinblick auf eine optimale Anwendung solcher Systeme in der Praxis. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes werden nur oberflächennahe Instabilitäten mit einer maximalen Mächtigkeit von 1.20 m untersucht. Auf die Gesamtstabilität und damit die Bemessung der Vernagelung gegen Bruchmecha-nismen mit tiefer liegenden Gleitflächen wird nicht eingegangen.

4. Bodenmaterial

Als Bodenmaterial wird zum einen ein Rundkies mit einer Korn-größe von 16 – 32 mm verwendet (Abb. 6). Dieses rollige Ma-terial fällt beim Einbau stets in die dichteste Lagerung. Es wie-derspiegelt zwar nur bedingt die natürlichen Verhältnisse, im Hinblick auf möglichst vergleichbare Randbedingungen eignet sich dieses jedoch optimal für Versuchszwecke. Zum anderen wurde ein sandiger Kies aus gebrochenem Re-cyclingmaterial mit einer Korngröße von 0 – 63 mm verwendet (Abb. 7). Dieses weist eine gute Verzahnung auf und ist einem Gehängeschutt ähnlich. Die folgende Tabelle fasst die Bodenkennwerte auf charakte-ristischem Niveau zusammen. Diese basieren auf langjährigen Erfahrungswerten und dienen für Vergleichsrechnungen. Der Reibungswinkel des rolligen Kies entspricht dabei der Neigung des Schüttkegels in unmittelbarer Nähe.

Tabelle 1: Bodenkennwerte Table 1: Specific soil values

Bodenmaterial ‘k [°]

c’k [kN/m2]

k [kN/m3]

Rundkies, 16 – 32 mm 33 0 20 Sandiger Kies aus gebrochenem Recyclingmaterial, 0 – 63 mm 38 0 21

5. Getestete Böschungsstabilisierungssysteme

Die folgende Tabelle fasst die im Rahmen des KTI-Forschungs-projektes getesteten flexible Böschungsstabilisierungssysteme zusammen. Diese bestehen aus einer Geflecht- bzw. Netzab- deckung als flächige Elemente und systemspezifisch darauf an-gepasste Krallbzw. Befestigungsplatten.

Bodenmaterial ‘k [°]

c’k [kN/m2]

k [kN/m3]

Rundkies, 16 – 32 mm 33 0 20 Sandiger Kies aus gebrochenem Recyclingmaterial, 0 – 63 mm 38 0 21

Abb. 6: Versuch Nr. 1, TECCO® G65/3 + P33, bei Versuchsbeginn, Rundkies 16 – 32 mm, ohne GewebeFig 6: Test no. 1, TECCO® G65/3 + P33, at beginning of test, round gravel 16 – 32 mm, without mesh

Bodenmaterial ‘k [°]

c’k [kN/m2]

k [kN/m3]

Rundkies, 16 – 32 mm 33 0 20 Sandiger Kies aus gebrochenem Recyclingmaterial, 0 – 63 mm 38 0 21

Abb. 7: Versuch Nr. 5, TECCO® G65/3 + P33, sandiger Kies 0 – 63 mm, mit Verbindungsclips und unterlegtem Gewebe Fig. 7: Test no. 5, TECCO® G65/3 + P33, sandy gravel 0 – 63 mm, with connection clips and underlaid mesh

Getestete Böschungsstabilisierungssysteme A

Hochfestes Stahldrahtgeflecht TECCO® G65/2, Maschengrösse 143 x 83 mm, Drahtdurchmesser 2.0 mm, Zugfestigkeit Stahldraht min. 1‘770 N/mm2 Systemkrallplatte Typ P33, Grösse 33 x 20 cm

Hochfestes Stahldrahtgeflecht TECCO® G65/3, Maschengrösse 143 x 83 mm, Drahtdurchmesser 3.0 mm, Zugfestigkeit Stahldraht min. 1‘770 N/mm2 Systemkrallplatte Typ P33, Grösse 33 x 20 cm Systemkrallplatte Typ P66, Grösse 66 x 29 cm

C Hochfestes Stahldrahtgeflecht TECCO® G65/4, Maschengrösse 143 x 83 mm, Drahtdurchmesser 4.0 mm, Zugfestigkeit Stahldraht min. 1‘770 N/mm2 Systemkrallplatte Typ P33, Grösse 33 x 20 cm Systemkrallplatte Typ P66, Grösse 66 x 29 cm

Sechseckstrahldrahtgeflecht Maschengrösse 80 x 100 mm, Drahtdurchmesser 2.7 mm, Zugfestigkeit Stahldraht ca. 500 N/mm2, Befestigungsplatte Stahl, quadratisch 20 x 20 cm

Sechseckstrahldrahtgeflecht mit Vertikalseilen Maschengrösse 80 x 100 mm, Drahtdurchmesser 2.7 mm, Zugfestigkeit Stahldraht ca. 500 N/mm2, Vertikalseile Ø 8 mm, Seilabstand 30 cm, Befestigungsplatte Stahl, quadratisch 25 x 25 cm

Quadratmaschengeflecht Maschengrösse 50 x 50 mm, Drahtdurchmesser 4.6 mm, Zugfestigkeit Stahldraht ca. 650 N/mm2 Befestigungsplatte Stahl, rechteckig 28 x 10 cm

6. Messeinrichtung

Die Oberfläche inkl. Nagelköpfe und Stahlrahmen als Referenz- ebene wurde über Laserscans flächig abgetastet. Als Orientie-rungshilfe und Referenzpunkte dienten auf Nägel aufgesetzte, weiße Kugeln und verschiedene Spiegel. Der Scan wurde nach einer Neigungsänderung von 5° jeweils wiederholt. Abb. 8 zeigt eine Überblendung einzelner Scans. Zur Bestimmung der Nei-gung des Stahlrahmens dienten ein Pendel sowie ein automati-scher Neigungsmesser. Zur Verifizierung der Scandaten und zur Überwachung der De-formationen während dem Versuch wurden die Verschiebungen des obersten mittleren Nagels über ein Seilpotentiometer ge-

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Großfeldversuche mit flexiblen Böschungsstabilisierungssystemen

4 Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 159. Jg., Heft 1–12/2014

messen. Zudem wurden die Kräfte im oberen und unteren Trag-seil über speziell auf die Verhältnisse angepasste Kraftmess- dosen ermittelt. Mittels Dehnmessstreifen können Informationen zu Einwirkun-gen auf ausgewählte Nägel bei sich ändernden Verhältnisse ge-wonnen werden. Deren Auswertung würde den Rahmen dieses Beitrags sprengen. Eine detaillierte Analyse erfolgt im Rahmen einer Dissertation.

7. Versuchsergebnisse

Für die Analyse des Trag- und Verformungsverhaltens von flexi-blen Böschungsstabilisierungssystemen werden im Folgenden Laserscans bei einer Neigung des Stahlrahmens von 60° mitei-nander verglichen. Abb. 10 zeigt den Zustand für ein hochfes-tes Stahldrahtgeflecht vom Typ TECCO® G65/4 mit einer Krall-platte P66 mit einer Breite von 66 cm mit Rundkies und einem Nagelraster von 3.5 x 3.5 m. Abb. 11 zeigt dieselbe Situation mit derselben Krallplatte und Nagelanordnung und demselben Bodenmaterial. Der einzige Unterschied liegt im Geflecht. Statt eines hochfesten Stahldrahtgeflechts mit einer Zugfestigkeit in Längsrichtung von mindestens 250 kN/m und einem Draht-durchmesser von 4 mm wurde ein hochfestes Geflecht mit der-selben Maschengröße, jedoch mit einem Drahtdurchmesser von 3 mm und einer Zugfestigkeit von mindestens 150 kN/m verwendet. Das stärkere Geflecht verhält sich unter denselben Bedingungen etwas steifer. Die Deformationen sind etwas ge-ringer und das Bodenmaterial ist weniger nach unten gerutscht.Wird Abb. 11 mit Abb. 12 verglichen, wird folgendes deutlich: Zum einen werden kleinere Krallplatten verwendet (33 cm brei-te Krallplatte vom Typ P33 anstelle von 66 cm breiten Krall- platten vom Typ P66). Zum anderen kommt ein hochfestes Stahl-drahtgeflecht mit einem Drahtdurchmesser von 2 mm mit einer Zugfestigkeit in Längsrichtung von mindestens 65 kN/m zum Einsatz. Der stabilisierende seitliche Einfluss einer kleineren Krallplatte ist geringer als bei einer größeren mit ausreichender Biegesteifigkeit. Zudem wird ein etwas schwächeres Geflecht unter denselben Randbindungen etwas stärker beansprucht, was sich durch etwas größere Deformationen mit einem breite-ren und etwas mehr nach unten gerutschten Bauch bemerkbar macht.Der Unterschied zwischen Abb. 12 und Abb. 13 liegt im ver-wendeten Bodenmaterial sowie im Geflecht. Werden ein Boden-

Getestete Böschungsstabilisierungssysteme A

Hochfestes Stahldrahtgeflecht TECCO® G65/2, Maschengrösse 143 x 83 mm, Drahtdurchmesser 2.0 mm, Zugfestigkeit Stahldraht min. 1‘770 N/mm2 Systemkrallplatte Typ P33, Grösse 33 x 20 cm

Sechseckstrahldrahtgeflecht Maschengrösse 80 x 100 mm, Drahtdurchmesser 2.7 mm, Zugfestigkeit Stahldraht ca. 500 N/mm2, Befestigungsplatte Stahl, quadratisch 20 x 20 cm

Quadratmaschengeflecht Maschengrösse 50 x 50 mm, Drahtdurchmesser 4.6 mm, Zugfestigkeit Stahldraht ca. 650 N/mm2 Befestigungsplatte Stahl, rechteckig 28 x 10 cm

Getestete Böschungsstabilisierungssysteme A

Hochfestes Stahldrahtgeflecht TECCO® G65/2, Maschengrösse 143 x 83 mm, Drahtdurchmesser 2.0 mm, Zugfestigkeit Stahldraht min. 1‘770 N/mm2 Systemkrallplatte Typ P33, Grösse 33 x 20 cm

Sechseckstrahldrahtgeflecht Maschengrösse 80 x 100 mm, Drahtdurchmesser 2.7 mm, Zugfestigkeit Stahldraht ca. 500 N/mm2, Befestigungsplatte Stahl, quadratisch 20 x 20 cm

Quadratmaschengeflecht Maschengrösse 50 x 50 mm, Drahtdurchmesser 4.6 mm, Zugfestigkeit Stahldraht ca. 650 N/mm2 Befestigungsplatte Stahl, rechteckig 28 x 10 cm

Abb. 8: Versuch Nr. 4, TECCO® G65/3 + P33, Überblendung einzelner Scans Fig. 8: Test no. 4, TECCO® G65/3 + P33, cross-fade of individual scans

Abb. 10: Test Nr. 12, TECCO® G65/4 + P66, Nagelraster 3.5 x 3.5 m, Rundkies 16 – 32 mm, a = 60°Fig. 10: Test no. 12, TECCO® G65/4 + P66, nail grid 3.5 x 3.5 m, round gravel 16 – 32 mm, a = 60°

Abb. 9: Versuch Nr. 5, TECCO® G65/3 + P33, a = 85°, sandiger Kies 0 – 63 mmFig. 9: Test no. 5, TECCO® G65/3 + P33, a = 85°, sandy gravel 0 – 63 mm

Abb. 11: Test Nr. 14, TECCO® G65/3 + P66, Nagelraster 3.5 x 3.5 m, Rundkies 16 – 32 mm, a = 60°Fig. 11: Test no. 14, TECCO® G65/3 + P66, nail grid 3.5 x 3.5 m, round gravel 16 – 32 mm, a = 60°

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Großfeldversuche mit flexiblen Böschungsstabilisierungssystemen

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material mit besserer Verzahnung sowie ein deutlich stärkeres Stahldrahtgeflecht mit identischer Maschengröße und -form eingebaut, sind deutlich geringere Deformationen zu erwarten. Die Großfeldversuche zeigten auch den positiven Einfluss der Installation der Krallplatten in vorab angelegten Vertiefungen. Durch das Anlegen von Mulden kann das Geflecht bereits wäh-rend der Installation aktiv gespannt werden. Dadurch lassen sich die Deformationen beim Anheben des Stahlrahmens we-sentlich reduzieren, was sich maßgebend auf das Tragverhalten des Gesamtsystems auswirkt. Die Maschengeometrie spielt im Zusammenhang mit der Kraft-übertragung von Geflecht auf die Vernagelung ebenfalls eine wesentliche Rolle. Seit der Einführung von hochfesten Stahl-drahtgeflechten mit rhombusförmigen Maschen gegen Ende der 90er-Jahre wird bewusst ein Nagelraster empfohlen, dessen Nagelreihen jeweils um den halben horizontalen Nagelabstand seitlich zu einander versetzt angeordnet sind. Früher waren in Anlehnung an herkömmliche Seilnetze quadratische Nagelraster üblich. Wird der horizontale Nagelabstand „a“ identisch dem Nagelab-stand in der Falllinie „b“ gesetzt, so wird zwischen den Nägel ein Feld von „a x 2b“ aufgespannt. Bei der Betrachtung des Kraft-flusses von Nagel zu Nagel (vgl. Abb. 11) fällt auf, dass dieser der Maschengeometrie folgt. Begünstigt durch einen möglichst direkten Kraftabtrag wirkt sich diese Tatsache positiv auf das Trag- und Deformationsverhalten solcher flexiblen Systeme aus. Abb. 14 – 17 zeigen die Bereiche um die Krallplatte bei unter-schiedlichen Neigungen in demselben Versuch. In Abb. 15 ist der stabilisierende Einfluss der Platten zu erkennen. Abb. 16 illustriert neben der Beanspruchung des Geflechtes auf Ab-scheren primär am oberen Krallplattenrand zudem, dass die Verbindungen der Geflechtbahnen untereinander kraftschlüssig sein müssen und ebenfalls einen wesentlichen Bestandteil des Gesamtsystems darstellen. Abb. 17 wurde nach Versuchsen-de aufgenommen und veranschaulicht, dass sich das Geflecht zusätzlich am oberen Nagel aufhängt. Im RUVOLUM-Konzept entspricht dies der Kraft Z.

8. Verifizierung Bemessungskonzept RUVOLUM

Das Bemessungskonzept RUVOLUM wurde auf der Grund- lage von langjährigen Erfahrungen im Bereich von flexiblen

Abb. 12: Test Nr. 17, TECCO® G65/2 + P33, Nagelraster 3.5 x 3.5 m, Rundkies 16/32 mm, a = 60°Fig. 12: Test no. 17, TECCO® G65/2 + P33, nail grid 3.5 x 3.5 m, round gravel 16/32 mm, a = 60°

Abb. 13: Test Nr. 13, TECCO® G65/4 + P33, Nagelraster 3.5 x 3.5 m, sandiger Kies 0 – 63 mm, a = 60°Fig. 13: Test no. 13, TECCO® G65/4 + P33, nail grid 3.5 x 3.5 m, round gravel 0 – 63 mm, a = 60°

Abb. 15: Test Nr. 4, a = 55°Fig. 15: Test no. 4, a = 55°

Abb. 14: Test Nr. 4, TECCO® G65/4 + P33, Nagelraster 2.5 x 2.5 m, sandiger Kies 0 – 63 mm, a = 45°Fig. 14: Test no. 4, TECCO® G65/4 + P33, nail grid 2.5 x 2.5 m, sandy gravel 0 – 63 mm, a = 45°

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Großfeldversuche mit flexiblen Böschungsstabilisierungssystemen

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Böschungsstabilisierungssystemen entwickelt und konnte im Jahr 2000 lediglich anhand von Modellversuchen verifiziert wer-den. Die im Rahmen des KTI-Forschungsprojektes durchgeführ-ten Großfeldversuche erlauben es erstmals, den theoretischen Modellansatz und die getroffenen Annahmen unter realistischen Bedingungen und mittels wiederholbaren Versuchen zu über-prüfen. Abb. 18 zeigt mit Bezug zum 2. Kolloquium „Bauen in Boden und Fels“ an der Technischen Akademie Esslingen 2000 einen Zweikörpergleitmechanismus, welcher zwischen Nägeln herausgleiten möchte und durch die Geflechtabdeckung zu-sammen mit den Nägeln daran gehindert wird. Abb. 19 illustriert den Querschnitt des Bruchkörpers unter dem stabilisierenden Einfluss der seitlichen Krallplatten. Der für die Bemessung maß-gebende Bruchmechanismus weist schließlich eine Breite von „ared“ auf. Die grafischen Auswertungen der Laserscans zeigen bereits eine gute Überstimmung mit dem Modellansatz nach dem RUVOLUM- Konzept. Nun sollen Vergleichsrechnungen durchgeführt wer-den. Dabei ist zwischen der Bemessungssituation unter Berück-sichtigung der entsprechenden Teilsicherheitsbeiwerte gemäß EUROCODE 7 und dem Bruchzustand zu unterscheiden.Für die Rückrechnung sollen als Beispiel die Ergebnissen des Großfeldversuches Nr. 11 unter Verwendung des Stahldrahtge-flechtes TECCO® G65/3 in Kombination mit Krallplatten vom Typ P33 und Nägeln vom Typ GEWI D = 32 mm mit einem Ab- rostungszuschlag von 4 mm auf den Durchmesser bezogen dienen. Der Nagelraster betrug 3.5 x 3.5 m. Als Bodenmate- rial wurde ein gebrochener sandiger Kies aus Recyclingmaterial verwendet. Die ersten oberflächennahen Bewegungen traten bei einer Nei-gung von a = 53° auf (vgl. Abb. 20). Das Geflecht wurde schließ-lich bei a = 80° durchstanzt (Abb. 21). Wird das im Versuch Nr. 11 eingesetzte flexible Böschungsstabi-lisierungssystem auf der Basis des RUVOLUM-Konzeptes nach EUROCODE 7 bemessen, resultiert unter Berücksichtigung der Parameter in Tabelle 2 eine maximal zulässige Böschungs- neigung von a = 50°. Wird der Nagelraster auf 3.40 x 3.40 m reduziert, erhöht sich die zulässige Böschungsneigung auf a = 53°. Die Ergebnisse der Rückrechnung korrelieren ziemlich gut mit der Situation, in welcher erste oberflächennahe Instabilitäten zu beobachten waren. Werden alle Teilsicherheitsbeiwerte gleich 1.00 gesetzt, wird der Radius des Druckkegels auf z = 0.30 m erhöht, der Tragwider-stand des Geflechtes auf punktuelle Krafteinleitung beim oberen Nagel mit Z = 30 kN voll ausgenutzt und wird die Nagelneigung nach wie vor senkrecht zur Böschungsoberfläche angenommen, tritt der Bruch rechnerisch bei einer Neigung von a = 76° ein. Dieses Ergebnis stimmt ebenfalls sehr gut mit den Versuchser-gebnissen überein.

9. Unterschiedliche Sicherungssysteme

Neben Geflechtabdeckungen mit rhombusförmigen Maschen wurden Hexagonalstahldrahtgeflechte mit und ohne Vertikal- seilen sowie schwere Quadratmaschengeflechte getestet. In Abhängigkeit der Maschengeometrie mussten dabei wesent- liche Unterschiede im Tragverhalten festgestellt werden. Abb. 22 und 23 zeigen ein Hexagonalstahldrahtgeflecht mit einer Maschengröße von 80 x 100 mm und einem Drahtdurch-messer von 2.7 mm kombiniert mit Vertikalseilen mit einem Durchmesser von 8 mm in Abständen von 30 cm zu einander. Als Bodenmaterial wurde der Rundkies 16 – 32 mm verwen-det. Der Nagelraster betrug 3.5 x 3.5 m. Wie die Auswertung des Laserscans zeigt, konnten die Lasten aufgrund der vertikal

Abb. 16: Test Nr. 4, a = 65°Fig. 16: Test no. 4, a = 65°

Abb. 18: Zweikörpergleitmechanismus in der Untersuchung von oberflächennahen Instabilitäten nach dem RUVOLUM-KonzeptFig. 18: Two-body sliding mechanism in the examination of instabi-lities near the surface in accordance with the RUVOLUM concept

Abb. 17: Test Nr. 4, a = 0°, bei VersuchsendeFig. 17: Test no. 4, a = 0° at end of the test

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Großfeldversuche mit flexiblen Böschungsstabilisierungssystemen

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dominierten Struktur nicht bzw. nur bedingt auf seitliche Nägel abgetragen werden. Eine Lastkonzentration und größere Defor-mationen im Fussbereich der Böschung waren die Folge.

Die Versuchsanordnung für Test Nr. 8 entsprach derjenigen für Versuch Nr. 7. Als Geflechtabdeckung wurde hingegen ein Qua-dratmaschengeflecht mit einer Maschengröße von 50 x 50 mm und einem Drahtdurchmesser von 4.6 mm mit darauf angepass-ten Krallplatten verwendet. Abb. 24 zeigt das Geflecht. Durch die Struktur des Geflechtes vorgegeben möchte dieses die Kräf-te unter rund 45° seitlich abtragen wie in Abb. 25 mit den blau gestrichelten Linien angedeutet. Wird derselbe Nagelraster wie bei den anderen Versuchen ausgeführt, treffen die Kraftvektoren ausgehend vom oberen Nagel nicht direkt auf einen unteren. Der Kräfteabtrag erfolgt über Umlagerungen mit der Folge von größeren Deformationen. Um die Situation zu verbessern, müsste die Nagelanordnung auf die Struktur des Geflechtes angepasst bzw. der Nagelabstand in der Falllinie entsprechend reduziert werden.

Parameter Böschungsneigung = 50° Nagelabstand horizontal a = 3.50 m Nagelabstand in der Falllinie b = 3.50 m Schichtdicke t = 1.00 m Radius des Druckkegels = 0.15 m Neigung des Druckkegels zur Horizontalen = 45° Reibungswinkel des Bodens = 38° Kohäsion Boden c = 0 kN/m2 Raumgewicht Boden = 20 kN/m3 Böschungsparallele Kraft Z = 15 kN Nagelneigung zur Horizontalen = 40° Teilsicherheitsbeiwert Reibungswinkel = 1.25 Teilsicherheitsbeiwert Kohäsion = 1.25 Teilsicherheitsbeiwert Raumgewicht = 1.00 Modell-Unsicherheitsbeiwert mod = 1.10

Abb. 19: Reduzierter Querschnitt infolge des stabilisierenden Ein-flusses der seitlichen Krallplatten bzw. Nägel nach dem RUVOLUM-KonzeptFig. 19: Reduced cross section as a result of the stabilizing influence of the lateral spike plates or nails in accordance with the RUVOLUM concept

Abb. 20: Test Nr. 11, TECCO® G65/3 + P33, Nagelraster 3.5 x 3.5 m, sandiger Kies 0 – 63 mm, a = 53°, erste oberflächennahe Rutschun-genFig. 20: Test no. 11 TECCO® G65/3 + P33, nail grid 3.5 x 3.5 m, sandy gravel 0 – 63 mm, a = 53°, first slides close to the surface

Abb. 21: Test Nr. 11, Durchstanzen des Geflechtes bei a = 80°Fig. 21: Test no. 11, stamping of mesh at a = 80°

Tabelle 2: Parameter für Rückrechnung Table 2: Parameters for the back-calculation

Page 8: Großfeldversuche mit flexiblen … · · 2017-01-20Fig 6: Test no. 1, TECCO® G65/3 + P33, at beginning of test, round gravel 16 – 32 mm, without mesh Bodenmaterial

Großfeldversuche mit flexiblen Böschungsstabilisierungssystemen

8 Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 159. Jg., Heft 1–12/2014

10. Schlussfolgerungen

Die durchgeführten Großfeldversuche bilden eine ideale Basis, um das Tragverhalten flexibler Böschungsstabilisierungssyste-me besser zu verstehen, diese weiter zu entwickeln und optimal auf projektspezifische Bedürfnisse anzupassen zu können.Die Größe des Versuchsrahmens scheint vernünftig gewählt zu sein, um oberflächennahe Instabilitäten zu simulieren. In ergän-zenden Versuchen sollen weitere Erkenntnisse auch zu Einwir-kungen auf den Nagel und insbesondere im Nagelkopfbereich gewonnen werden.Das Bemessungskonzept RUVOLUM konnte entsprechend verifiziert werden. Die Ergebnisse stimmen gut mit den Versuchs- ergebnissen und den über die letzten 15 Jahre gemachten Er-fahrungen überein. Es basiert auf einem Modellansatz, welcher die realen Verhältnisse vereinfachend jedoch ausreichend ge-nau darstellt.

Literaturhinweis

[1] F lum D., S to lz M. und Roduner A., „Großfeldversuche mit flexiblen Böschungsstabilisierungssystemen“, 2014; 9. Kolloquium „Bauen in Boden und Fels“, Ostfildern, Technische Akademie Esslingen

Dipl.-Ing. Daniel F lum Rüegger+Flum AGSt. Gallen, Schweiz

[email protected]

Prof. Dipl.-Ing. Martin S to lzBerner Fachhochschule

Burgdorf, [email protected]

Dipl.-Ing. Armin Roduner

Geobrugg AGRomanshorn, Schweiz

[email protected]

Abb. 22: Test Nr. 7, Hexagonalstahldrahtgeflecht 80x100/2.7 mit Ver-tikalseilen in Abständen von 30 cmFig. 22: Test no. 7, hexagonal steel wire mesh 80x100/2.7 with verti-cal ropes in distances of 30 cm

Abb. 24: Test Nr. 8, Quadratmaschengeflecht 50 x 50 / 4.6 mmFig. 24: Test no. 8, heavy chain-link mesh 50 x 50 / 4.6 mm

Abb. 23: Test Nr. 7, Hexagonalstahldrahtgeflecht mit Vertikalseilen in Abständen von 30 cm, Nagelraster 3.5 x 3.5 m, Rundkies 16 – 32, a = 60°Fig. 23: Test no. 7, hexagonal steel wire mesh with vertical ropes in distances of 30 cm, nail grid 3.5 x 3.5 m, round gravel 16 – 32 mm, a = 60°

Abb. 25: Test Nr. 8, Quadratmaschengeflecht 50 x 50 / 4,6 mm, Na-gelraster 3.5 x 3.5 m, Rundkies 16 – 32, a = 60°Fig. 25: Test no. 8, heavy chain-link mesh 50 x 50 / 4.6 mm, nail grid 3.5 x 3.5 m, round gravel 16 – 32 mm, a = 60°

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