Technische Textilien im Tiefbau

Michael Jänecke, Director der Techtextil und Texprocess

Alle Textilien, die im Tiefbau verarbeitet werden, charakterisiert man in der Literatur mit dem Fachbegriff Geotextilien. Dazu zählen alle allgemein durchlässigen und flächenhaften Textilien unterschiedlicher Struktur. Sie werden nicht nur zur geotechnischen Sicherung baulicher Maßnahmen eingesetzt, sondern auch als Baumaterial sowohl im allgemeinen Tiefbau wie auch im Gleis-, Wasser-, Wege- und Verkehrsflächenbau.
Geotextilien können sowohl aus natürlichen (z. B. Kokos, Jute oder Schilf) wie auch aus künstlichen (z. B. Polyamid, Polyester, Polyethylen oder Polypropylen) Stoffen, speziell abgestimmt auf ihren Anwendungsbereich im Tiefbau, bestehen. Dabei unterscheidet man sie in Abhängigkeit ihrer Struktur in folgende Arten:

– Als Gewebe, wenn sie regelmäßig, meist rechtwinklig, aus sich kreuzenden Garnen oder Fäden bestehen. Werden hohe Zugfestigkeiten für ihre Anwendung gefordert, kommen sie zur Anwendung. Das ist besonders dann der Fall, wenn es um Bereiche mit Dränagewirkung geht.

– Dagegen werden Vliesstoffe durch die produktionstechnische Verfestigung flächenhaft aufeinander abgelegter Fasern durch vernadeln, verkleben oder verschmelzen hergestellt. Je nach Herstellung bekommt das Geotextil bestimmte Dehnungseigenschaften.

– Mit Verbundstoff werden alle flächenhaft verbundenen Gewebe, Vliesstoffe und andere Materialien bezeichnet. Bei diesen Geotextilien lassen sich die unterschiedlichen Eigenschaften der Materialien miteinander kombinieren.

Als Grundanwendung der Geotextilien gilt im Hoch- und Tiefbau die Trennung unterschiedlicher Schichten, wie sie z. B. im
Straßen- und Bahnbau praktiziert wird. In den EN ISO Standards ist die Trennfunktion als „die Vermeidung der Durchmischung von naheliegenden verschiedenen Bodenarten und/oder Füllmaterialien bei der Anwendung von einem Geokunststoff“ definiert.

Funktion der Geotextilien im Tiefbau

Baustoffe für den Tiefbau müssen besonders widerstandsfähig und belastbar sein. Deshalb sind die technischen Produktanforderungen sehr hoch. Das gilt sowohl für die hohe Belastung auf der Baustelle während der Verabeitung, wie auch für den jeweils speziellen Anwendungsbereich. Sie filtern, schützen und befestigen nicht nur den Baugrund, sondern liefern auch die notwendigeDruckentlastung oder führen kontrolliert Wasser ab. In Abhängigkeit von ihrer jeweiligen örtlichen Anwendung erfüllen sie folgende Funktionen:

– Trennen: Um unterschiedliche Erdschichten voneinander zu trennen, wird ein starkes und flexibles Geotextil zwischen die verschiedenen Erdmaterialien, wie beispielsweise Erdreich, Sand, Kies, usw., verlegt. Damit wird sicher eine mögliche Durchmischnug der einzelnen Schüttungen verhindert. Die Wasserleitfähigkeit bleibt voll erhalten und Setzungen verhindert.

– Filtern: Die Porenstruktur der Geotextilie ist so aufgebaut, dass Partikel zurückgehalten werden, während Wasser ungehindert durchströmen kann. Damit wird die Separation zweier Erdmaterialschichten während einer hydraulischen Aktivität gewährleistet. So können keine Einzelschichten abwandern, die sonst die Tragfähigkeit der Böden reduzieren können unter gleichzeitiger Einhaltung des Wasserkreislaufs.

– Drainage: Hier sind die hydraulischen Eigenschaften der Geotextilie so ausgelegt, dass überschüssiges Wasser aus dem Systemaufbau abfließen kann und durch die Geotextilie abgeführt wird. Dabei wird Wasser von der zu schützenden Baukonstruktion (z.B. Außenwand im Erdreich) ferngehalten bzw. abgeleitet. Ein fachgerechtes Drainagesystem sichert den kontinuierlichen Abfluss von Wasser.

– Schützen: Geotextilien können wegen ihrer Dehnbarkeit und produktionstechnisch gesicherten statischen Eigenschaften große örtliche Belastungen widerstehen. Daher können sie zum Schutz von wasserfesten Membranen und anderen Dichtungsmaterialien eingesetzt werden. Besonders dann, wenn Füllmaterialien oder gewichtige Bauteile aufgebracht werden, bieten sie Schutz vor Duchlöcherung. Werden Geotextilien zwischen einer wasserfesten Membran und dem übrigen Material angeordnet, widersteht und verteilt die Textilie den örtlichen Druck der darüberleigenden Schicht und hilft, das schützende Material nicht zu beschädigen.

– Befestigung: Aufgrund ihrer mechanischen und hydraulischen Eigenschaften lassen sich Böschungen und Erdbauten mit Geotextilien und Spezialgeweben (z. B. Pflanzmatten) sicher anlegen. Die Befestigung zusammen mit Spezialgeweben verhindert das Abrutschen senkrechter Erdwälle und steiler Böschungen.

– Druckentlastung: Speziell für den Straßenbau hergestellte Geovliese, die meist einseitig thermisch verdichtet sind, eignen sich für den Straßenbau (Neubau und Sanierung). Ein solches Material absorbiert Differenzialbewegungen in der Straßenschicht und beugt dabie Einrissen vor (z. B. Problembereich vor Ampelanlagen durch Brems- bzw. Anfahrkräfte von Schwerlastfahrzeugen). Solche Geotextilien sind oft mit Bitumen angereichert und dienen auch als wasserfeste Membrane.

Anwendungen technischer Textilien

bei Neubau und Sanierung

Im Tiefbau begann etwa Ende der 1960er Jahre die Entwicklung von Geotextilien für den Straßen- und Wegebau. Der zunehmende Bau von Verkehrswegen (Straßen, Autobahnen) auf Böden mit schwieriger Tragfähigkeit und hohem Wassergehalt erbrachte zwangsweise eine Suche nach alternativen Baumethoden gegenüber der bisherigen traditionellen Bauweise mit wasserdurchlässigen Schüttbaustoffen und tragfähigem Unterbau. Die Stabilität des Untergrundes ließ sich durch textile Vliese verbessern, die mit Schüttmaterial überdeckt wurden. Diese, im Laufe der Zeit technisch immer besser dem Anwendungsfall angepassten Geotextilien, erhöhten neben der Belastbarkeit auch die Lebensdauer der Trassen. Aus diesen Erfahrungen heraus übernahm auch der Bahnbau die Verwendung von Geotextilien.

Gleisbau

Hier soll das Geotextil die Vermischung verschiedener Bodenarten oder Füllmaterialien verhindern. Zur Anwendung kommen Vliesstoffe und widerstandsfähige Gewebe. Beim Einbau dieser Geotextilien als Tragschicht ist die Durchschlagfestigkeit, die Zugfestigkeit und die Dehnfähigkeit des Materials sehr wichtig. Der Wert der Durchschlagfestigkeit ergibt sich aus dem Widerstand gegen dynamische Belastungen (Schüttgut auf das
Geotextil). Die Zugfestigkeit sichert die erforderliche Bewehrung der Kräfte durch das Gewicht des Schüttmaterials und die Verdichtung. Die Dehnfähigkeit ist wichtig, um spitze und kantige Steine ohne Beschädigung aufzunehmen.

Das verarbeitete Produkt auf der Baustelle richtet sich jeweils nach den Körnungen der Tragschichtmaterialien und den zu erwartenden Belastungen des Oberbaus. Immer schnellere und schwerere Züge stellen besonders hohe Anforderungen an die Unterlage. Das Geotextil muss deshalb den Einbau und den laufenden Baubetrieb schadlos durchhalten, bei Gleisreparaturen leicht auswechselbar sein und auch nach Jahrzehnten unbeschädigt bleiben.

Verkehrsanlagen

Auch im Straßen-, Wege- und Verkehrsflächenbau werden Geotextilien als Trennschicht und zur Dränung eingesetzt. Das Dränen ist die flächige Fassung von Regen, aufsteigendes Grundwasser und anderen Flüssigkeiten oder Gasen. Als Filter halten Geotextilien den Oberbau, Unterbau und Böden, während der Durchfluss von Flüssigkeiten ermöglicht werden soll. Die Anforderungen an das Material der Dränschicht können auch von einem mineralischen Filter (körnige Schüttung, Schotter) erfüllt werden.

Wie bei mineralischen Filterschichten kann auch bei geotextilen Filtern die Dicke des Geotextils von Einfluss auf die mechanische und hydraulische Belastbarkeit sein. Ihr Einbau dient auch als „Bewehrung“ dazu, um unter oder zwischen Bodenschichten die Aufnahme von Zugkräften zu ermöglichen sowie die mechanischen Eigenschaften der Bodenschichen zu verbessern. Zur Anwendung kommen hier spezielle Geotextilien und Geogitter. Sie werden auch eingesetzt zum Stabilisieren von Erddämmen (Straßen- und Gleistrassen, usw.) auf nichttragfähigem Untergrund.

Bei Asphaltbelägen (Straße, Parkplatz, Flughafen, usw.) werden bitumengetränkte Geotextilien verarbeitet, die das Eindringen von Oberflächenwasser in die Tragschicht verhindern sollen. Gleichzeitig kann das Auswaschen des Oberbelages verhindert und klimatisch bedingte Rissbildungen minimiert werden.

Flughafen Henningsdorf

Die 16.000 m² große Flughafenpiste in Henningsdorf wurde ursprünglich aus Betonplatten mit einem Asphaltbelag hergestellt. Nach rund 20 Jahren Nutzung war dieser Belag rissig und teilweise gebrochen. Durch Risse in der Asphaltoberfläche sickerte Wasser in den Untergrund und führte zu Schäden, eine Sanierung war fällig. Die Bauleitung veranlasste den Asphaltbelag abzufräsen, da der Untergrund noch tragfähig war. Dabei entstanden tiefe Fräsrillen in der Oberfläche. Auf diese wurde das Geotextil Fibertex AM2 mit Asphaltbeschichtung (das Unternehmen stellt auf der Techtextil 2015 aus) aufgrund seiner Flexibilität und Belastbarkeit verlegt. Die technische Textilie absorbiert Bewegungen sowie Spannungen in der alten Beton­oberfläche und bildet eine wasserdichte Membrane. Damit kann kein Wasser mehr in die tragenden Sand- und Kiesschichten eindringen.

Verkehrsanlagen für PSA Peugeot Citroen

Bei PSA Peugeot Citroen in Chatres musste eine Lagerfläche von 72.000 m² zur Abstellung der Neufahrzeugproduktion erstellt werden. Zur Untergrundstabilisierung und zur Vermeidung einer Vermischung der Materialien bei freiem Wasserdurchfluss wurde ein besonders stabiles Geotextil zwischen den Schichten und dem Belag eingebaut. Diese spezielle technische Textilie besitzt eine hohe Widerstandskraft gegen Perforation. Damit wurden Beschädigungen durch das Gestein der Tragebene während des Einbaus vermieden. Zugleich wurde die Tragfähigkeit der Abstellfläche verbessert.

Schutzfunktion im Erdreich

Man kann auch Bauwerke (Gebäude, Brückenbauten, Tunnelbau, usw.) mit Geotextilien schützen. Kunststoffdichtungsbahnen und beschichtete Bauteile müssen vor Beschädigungen geschützt werden. Ohne Schutz können Bauschäden durch Unebenheiten des Untergrundes oder durch das Verfüllmaterial (Bauschutt, scharfkantige Mineralien, verunreinigte Verfüllung, usw.) an der Abdeckung auftreten. Als Schutzschicht werden hier Vliesstoffe und Verbundstoffe verwendet. Zu den Verbundstoffen zählen insbesondere mit Gewebe verstärkte Vliesstoffe und Verbundvliesstoffe mit mineralischen Füllungen. Für die Schutzfunktion ist die Schichtdicke des Geokunststoff-Elementes von Bedeutung. Die Vlies- und Verbundstoffe werden auch z.B. im Tunnelbau zum Schutz von Kunststoffdichtungsbahnen eingesetzt.

Statt der traditionellen Anordnungen von Sauberkeitsschichten aus Sand kann unter Fundamenten ein Geotextil die Funktion der Sauberkeitsschicht übernehmen. Besonders bei Baustellen mit hohem Grundwasserstand oder Hanglagen, die eine Dränung der Bodenplatte benötigen, haben sich Geotextilien bewährt. Unter der Sohlplatte schützt das wasserdurchlässige Textil die Dränschicht gegen Verschlammung und Verschmutzung aus dem Untergrund oder Verstopfung durch Betonmilch. Werden Rohrleitungen im Erdreich verlegt, bilden Geotextilien am Boden des Rohrgrabens eine stabile, durchlässige und tragfähige Sohle.

Eine sichere und wirksame Abdichtung ist im Hinblick auf den Umwelt- und Grundwasserschutz von grundlegender Bedeutung für die Lebensdauer von Bauwerken, dies gilt insbesondere im Deponie-, Tunnel- und Wasserbau. Zur Anwendung kommen hier Kunststoffdichtungsbahnen, insbesondere aus Polyethylen unterschiedlicher Dichte. Auf der abzudichtenden Fläche werden Kunststoffdichtungsbahnen nur von Fachbetrieben lose verlegt und anschließend miteinander verschweißt.

Fazit

Auch beim Tiefbau haben Geotextilien, wenn sie bisher auch noch selten wahrgenommen werden, eine große Zukunft vor sich. Insbesondere auf die immer höheren Anforderungen des Umweltschutzes bezüglich der Verschmutzung des Grundwassers mit Schadstoffen können Geotextilien unterstützend eingreifen. Zudem verhindern sie eine Vermischung einzelner Schichten bei gleichzeitiger Weiterleitung von Oberflächenwasser in die Drainage. Ein wichtiger Aspekt im Straßen- und Autobahnbau sowie beim Gleisbau. Zur praxisgerechten Anwendung technischer Textilien ist für den Baufachmann eine laufende Weiterbildung in Theorie und Praxis unabdingbar. ⇥■

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