Projekt 06939/01

Spannungs-Verformungs-Verhalten des Untergrundes von Haldendeponien

ProjekttrÀger

Technische UniversitĂ€t BraunschweigInstitut fĂŒr Grundbau und Bodenmechanik
Gaußstr. 2
38106 BraunschweigZielsetzung und Anlass des Vorhabens Zum Schutz der Umwelt werden u. a. fĂŒr die Deponiebasis MindestabstĂ€nde zum Grundwasserspiegel und ausreichende GefĂ€lle der SickerwasserdrĂ€nungen sowie geringe Verformungsdifferenzen gefordert, um SchĂ€den am Basisabdichtungssystem zu vermeiden. Der Genauigkeit von Verformungsprognosen fĂŒr die Deponiebasis wurde bisher jedoch kaum Bedeutung beigemessen. Vergleichsweise einfache, fĂŒr die Bemessung von GebĂ€udefundamenten entwickelte und nicht fĂŒr Deponiebauwerke verifizierte Berechnungsmethoden sind praxisĂŒblich. Im Rahmen des Vorhabens sollen daher fĂŒr den Untergrund von norddeutschen Deponien in der Praxis handhabbare, einheitliche Vorgehensweisen und zutreffende Verformungsprognosen (Berechnungsmodelle) sowie erforderliche Kontrollmechanismen vorgeschlagen und diskutiert werden, um kĂŒnftig sicher und wirtschaftlich Deponien zu bauen bzw. zu betreiben. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFĂŒr das Vorhaben wurde nach Deponiestandorten von Haldendeponien mit fortlaufenden Meßkampagnen an der Basis recherchiert. Der mit dem NiedersĂ€chsischen Landesamt fĂŒr Bodenforschung abgestimmte Fragenkatalog wurde als Grundlage fĂŒr die Datenerhebung herangezogen. Wegen der Detailprobleme bei der Berechnung und Messung von Basisverformungen (z. B. Auswertung von fehlerbehafteten Messungen) wurden speziellen Auswertestrategien entwickelt. Die Daten hierfĂŒr wurden in eigens dazu entwickelten Dateiformaten archiviert und die Ergebnisse der Auswertungen gespeichert oder katalogisiert. Die gemessenen Verformungen wurden fĂŒr reelle Deponiestandorte auf der Grundlage von umfangreichen Parameterstudien insbesondere zur Steifigkeit, DurchlĂ€ssigkeit und zum Ansatz von Grenztiefen soweit möglich zur Kalibrierung projektbezogener Berechnungen und Studien herangezogen. Es wurden verschieden Berechnungsverfahren untersucht. Grundlagen der Berechnungen waren dabei die zuvor gesammelten Kennwerte der Deponiebauwerke und deren Untergrundkennwerte sowie Forschungsergebnisse und eigene Überlegungen zu relevanten Detailproblemen (Konsolidation, sukzessive VerfĂŒllung der Deponien etc.). ZusĂ€tzlich wurden ergĂ€nzende Laborversuche zum Spannungs-Verformungs-Verhalten von Böden durchgefĂŒhrt. Ergebnisse und Diskussion FĂŒr Setzungsberechnungen des Untergrunds von Haldendeponien konnten auf der Grundlage der RĂŒckrechnung aus Abfallangaben erstmals differenzierte und verifizierte Kennwerte zur Auflast aus dem Deponiekörper in Parameterstudien zum Untergrundverhalten eingearbeitet werden. Es hat sich gezeigt, daß die Spannungsausbreitung im Deponiekörper z. B. ĂŒber eine Verlagerung des Lastschwerpunktes zu berĂŒcksichtigen ist. Mit den herkömmlichen Setzungsberechnungen nach DIN 4019 ergeben sich hĂ€ufig zu flach ausgeprĂ€gte mittlere LĂ€ngsgefĂ€lle bei rechnerisch zu hohen Setzungen in Deponiemitte. Z. T. wird dies mit dem Ansatz einer Volumenkonstanz im elastisch isotropen Halbraum begrĂŒndet. Setzungsmulden im Randbereich werden bei den Berechnungen i. d. R. nicht erfaßt. Anhand von umfangreichen Recherchen sowie Analysen von Verformungsmessungen zur Kalibrierung der Berechnungen konnten fĂŒr verschiedene SpannungszustĂ€nde und damit Belastungssituationen herkömmliche Modell- und RechenansĂ€tze adaptiert werden. Es hat sich gezeigt, daß mit diesen angepaßten und hier in groben ZĂŒgen vorgestellten einfachen Berechnungsverfahren, die u. a. eine Überkonsolidation der in Niedersachsen typischen Böden ĂŒber die Steifemoduln und Grenztiefen berĂŒcksichtigen, das Setzungsverhalten des Untergrunds von Haldendeponien noch mit vertretbaren Genauigkeiten dargestellt werden kann, soweit wesentliche geometrische, zeitliche und stoffliche AnsĂ€tze berĂŒcksichtigt werden. Letztendlich ergibt sich in Anlehnung an die praxisĂŒblichen Verfahren ein einfaches Schema fĂŒr kĂŒnftige Setzungsberechnungen (Gl. 1) bei Haldendeponien: (Gl. 1) sges = s0 + s1 + s2 + sGw Schwank. + sSpreiz Mit: sges = Gesamtsetzungen s0 = Sofortsetzungen s1 = Anteil Konsolidationssetzungen s2 = Anteil Kriechsetzungen sGw Schwank = Anteil Setzungen aus Schwankungen des Grundwasserspiegels (+ / -) sSpreiz = Anteil Setzungen aus Spreizspannungen (+ / -) Alle Setzungen fĂŒr den Zeitraum Dt. RandgefĂ€lle mĂŒssen mit Detailuntersuchungen bestimmt werden. Die Erfordernis der Berechnung einzelner Zeitabschnitte ist in AbhĂ€ngigkeit der DurchlĂ€ssigkeit des Untergrunds und der VerĂ€nderung der Abfallwichten in situ, sowie der sich in den Lastphasen Ă€ndernden Steifigkeiten des Untergrunds festzulegen. Die Ergebnisse aus den Erkundungen des Baugrunds sind fĂŒr den Ansatz der Steifigkeiten, der DurchlĂ€ssigkeiten sowie der Grenztiefe und ggf. der anzusetzenden Querdehnung nur nach sorgfĂ€ltiger PrĂŒfung der Untersuchungsmethoden und der SpannungszustĂ€nde in situ sowie im Versuch zu verwenden. FĂŒr geotechnische Messungen werden Empfehlungen abgegeben. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Bereits vor Genehmigung des Forschungsvorhabens waren Kontakte zu einigen niedersĂ€chsischen Deponiebetreibern hergestellt worden (Deponien Peine, Salzgitter etc.). Unmittelbar nach Genehmigung wurden aus dem regionalen Umfeld in Niedersachsen zunĂ€chst weitere Deponiebetreiber (i. w. Landkreise, ZweckverbĂ€nde) und Aufsichtsbehörden per Rundschreiben oder fernmĂŒndlich von dem Vorhaben in Kenntnis gesetzt und befragt. Die Recherche wurde mit wichtigen Fachinstitutionen abgestimmt. Das Forschungsprojekt wurde auf einem Treffen der niedersĂ€chsischen Deponiebetreiber in LĂŒneburg am 21. MĂ€rz 1996 vorgestellt. Im MĂ€rz 1998 wurden die Ergebnisse auf einem workshop im Rahmen eines Fachsymposiums am Institut fĂŒr Grundbau und Bodenmechanik der TU Braunschweig prĂ€sentiert. Fazit Die Untersuchungen haben gezeigt, daß es kĂŒnftig unbedingt erforderlich ist, - Erkundungsergebnisse - den Herstellungs- und VerfĂŒllvorgang - Verformungsmessungen als Anwendung der Beobachtungsmethode fĂŒr die Berechnung endgĂŒltiger Setzungen genauer zu analysieren. DarĂŒber hinaus sollten weiterfĂŒhrende Untersuchungsprogramme zur Verifikation und Kalibrierung bislang mit bodenmechanischen Modellen nur grob abschĂ€tzbarer EinflĂŒsse, wie der Porenwasserdruckentwicklung, durchgefĂŒhrt werden.

Übersicht

Telefon

0531/391-2730

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0531/391-2730

Bundesland

Niedersachsen

Fördersumme

79.662,34 €

Förderzeitraum

01.05.1996 - 30.09.1997