GEOSYNTHETISCHE PRODUKTE ALS DRAINAGE UND FILTRATIONSSCHICHTEN

Zu den Hauptfunktionen von Geotextilien und verwandten Produkten, die in Drainage-Systemen eingesetzt werden, gehören: Filtration, Abtrennung und Drainage.

In Drainagesystemen übernehmen Geotextilien die Rolle eines Filters. Bei geotechnischen Anwendungen übernimmt der geotextile Filter zwei grundlegende Funktionen: er ermöglicht das Hindurchdringen von Wasser und hält (hemmt) den Boden, nicht die Partikel des Bodens. Der Filter sollte das Durchdringen feiner Partikel ermöglichen, die im Wasser transportiert werden. Können kleine Partikel nicht durch den Filter dringen, kommt es zur Kolmatation des Filters.

Bei der Entwicklung von Filtern werden zwei Kriterien berücksichtigt: Durchlässigkeit und Sperreigenschaften. Diese zwei Kriterien sind entgegengesetzt, widersprechen sich aber nicht. Das Geotextil sollte sich durch eine charakteristische Porengröße auszeichnen, klein genug, damit der Boden festgehalten werden kann. Gleichzeitig sollten die Poren so groß sein, dass ein freier Durchfluss möglich ist und die feinsten Bodenpartikel, die im Wasser transportiert werden, den Filter passieren können.

ENTWÄSSERUNG

Bei der Entwässerung werden Geotextilien als Drainage zwischen dem Boden und einem wasserabweisenden Material eingesetzt. Manche geosynthetische Produkte (z. B. Drainage-Verbundstoffe) erfüllen Drainage-Funktionen. Unter den Anwendungen lassen sich folgende Möglichkeiten unterscheiden:

• Waagerechte Drainage (im Verkehrswegebau häufig als Längsdrainage bezeichnet), bei der die Geotextilien eine leicht durchlässige Schüttschicht umgeben, die den Aushub ausfüllt,
• Oberflächendrainage (Schicht-Drainage),
• Rippendrainage; eine Struktur aus einem geotextilen Filter und einem Kern (Netz, geprägte Folie usw.), durch die das Wasser fließt.

GEOTEXTILIEN, DIE IN DRAINAGESYSTEMEN ALS FILTER EINGESETZT WERDEN

Einer der ersten Aspekte, die bei der Auswertung von Geotextilien als Filter berücksichtigt werden, ist die Struktur des Materials, insbesondere ihr Einfluss auf die Größe und Anordnung der Poren im Material.

Unter diesem Gesichtspunkt lassen sich Geotextilien in drei Kategorien einteilen:

• Dünne Vliese (engl. thin non-woven),
• Dicke Vliese (engl. thick non-woven),
• Gewebe (engl. woven).

Dünne Vliese sind Materialien mit einer Stärke unter 1 mm. Sie bestehen gewöhnlich aus dünnem Garn, das so gelegt wird, dass ein loses Netz entsteht. Dann wird dieses Netz mit Walzen heiß gepresst, wodurch das Garn an den Kontaktstellen verschweißt wird, oder es wird mit Hakennadeln durchgenäht. Die Nadelung führt zu einer mechanischen Verflechtung der Fasern, wodurch sie zu einer Struktur verbunden werden. Da die Anordnung der Berührungspunkte zufällig ist, haben die Poren unterschiedlichere Abmessungen als bei einem Gewebe.

Dicke Vliese sind gewöhnlich Filzstoffe, die aus geschnittenen Fasern bestehen. Sie werden zu Beginn als loses Vlies gelegt und anschließend genadelt. Häufig wird das Produkt mit Walzen nachbearbeitet, wodurch seine Oberfläche relativ glatt wird. Dank ihrer Stärke können Geovliese als dreidimensionale Filter betrachtet werden. Ähnlich wie bei dünnen Geovliesen können die Abmessungen der Poren recht unterschiedlich sein.

Gewobene Geotextilien enthalten zwei Bestandteile: den Kettfaden, der längs verläuft, und den Schussfaden quer zum Material. Materialien, die mit herkömmlichen Technologien gewoben werden, weisen eine rechtwinklige Struktur mit relativ gleichen Öffnungen auf, die gleichmäßig im Material verteilt sind. Das Material besteht gewöhnlich aus Bändern, Garn mit Bändern oder aus fortlaufendem Garn mit einem runden Querschnitt.

FUNKTIONSWEISE EINES GEOTEXTILEN FILTERS

Die Kriterien für geotextile Filter sind abhängig von den Durchflussbedingungen. Bei typischen Drainageanwendungen haben wir es mit einem laminaren Durchfluss in einer Richtung zu tun.

Beim Durchfluss von Wasser durch die Struktur aus Boden und Geotextil bilden gröbere Körner des Bodens (can be empty) Wölbungen über den Öffnungen des Geotextilmaterials. Auf diese Weise können feinere Partikel, die am Material anliegen, über die Poren des Geotextils fließen und durch das fließende Wasser abgespült werden. Wenn keine Bodensuffosion auftritt, d. h. Migration von sehr feinen Bodenpartikeln über die Poren des Bodengerüstes, stabilisiert sich die Struktur sehr schnell und es kommt zu keinen Änderungen der Struktur des vom Filter weiter entfernten Bodens. Auf der Oberfläche des Geotextils bildet sich der sog. Rückfilter.

Häufig kann man eine reduzierte Durchflussgeschwindigkeit bei der anfänglichen Ausbildung des Netzes aus Wölbungen beobachten. Dies resultiert daraus, dass größere Bodenkörner in die Poren des Geotextils gelangen. Dadurch werden die Poren jedoch nicht verstopft. Die Öffnungen werden lediglich teilweise abgedeckt.

Sowohl Gewebe als auch Vliese weisen einen Rückgang bei der seitlichen Durchlässigkeit des Systems auf, ehe sich ein stabiler Zustand ausbildet. Die Bedingungen für einen stabilen Zustand lassen sich nur dann erreichen, wenn die Geotextilien ordnungsgemäß entworfen, d. h. dem jeweiligen System angepasst sind. Sie sollten so angepasst werden, dass der hydraulische Durchfluss beständig ist, wodurch sich ein Netz aus Wölbungen und, sofern möglich, Filterzonen im Boden ausbilden können.