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Zur Sicherung von Deponien und Altlasten mit dem Ziel eines langfristig wirksamen Grundwasserschutzes werden seit Mitte der 80er Jahre Kombinationsdichtungen (Verbund aus Kunststoffdichtungsbahn und mineralischen Dichtschichten) eingesetzt. Um deren Langzeitbeständigkeit auch unter extremen Bedingungen bewerten zu können, wurden Permeationsmesszellen, welche die Verhältnisse in der Deponie nachstellen und über einen Zeitraum von 12 Jahren mit einem Mehrkomponentengemisch konzentrierter organischer Verbindungen beaufschlagt worden waren, zerlegt und die Auswirkungen der Schadstoffpermeation auf die Abdichtungsmaterialien untersucht. Schwerpunkte der hier vorgestellten Arbeiten waren Untersuchungen: - zur Auswirkung der Permeation des Gemisches an organischen Verbindungen auf die Eigenschaften der Kunststoffdichtungsbahn, - zur vertikalen Verteilung der organischen Verbindungen in den mineralischen Dichtungen, - zu Veränderungen mineralogischer, mikromorphologischer und bodenmechanischer Eigenschaften der mineralischen Dichtungsmaterialien, - zu mikrobiellen Aktivitäten in den mineralischen Dichtungen. Daneben wurden Stofftransportparameter bestimmt und eine Modellierung des Stofftransportes durchgeführt. Die verschiedenen untersuchten Materialien der Kombinationsdichtungen erwiesen sich unter den extremen Bedingungen als ein stabiles und effizientes Abdichtungssystem.
Engineered capping systems are in most cases an indispensable and often the only efficient component required by the long-term safety concept for landfills, mine tailings tips and contaminated land. In Germany the composite liner is the main component of standard landfill cappings for municipal and hazardous waste landfills and the compacted clay liner (CCL) for landfills for inert or low-contamination waste. The composite liner is a technically highly effective but very expensive system. Research and experience has given rise to concern about the proper long-term performance of a conventional single CCL as a landfill capping. Therefore, alternative capping systems are discussed and applied for landfills and for the containment of contaminated sites. This paper gives an overview on various alternative engineered cappings and suitable systems for capping reflecting the state of the art and the expert view in Germany. According to the European Council Directive on the landfill of waste an impermeable mineral layer is recommended for the surface sealing of non-hazardous landfills and a composition of artificial sealing liner and impermeable mineral layer for hazardous landfills. In both cases a drainage layer thickness of at least 0.5 m is suggested. These recommendations should be interpreted flexibly and to some extent modified in the light of the experience and results presented in this paper.
Data are reported from oven aging in air for more than 13 years (!) and from water immersion tests for 6 years at 80 °C on various high-density polyethylene geomembranes (GM) used in landfill lining. The mechanical properties and oxidative induction times (OIT) of the samples were monitored during the long-term testing. Aging behavior in hot air is different from that in hot water. During oven aging a slow, exponential decrease of OIT is observed. Even after 13.6 years there is no indication of an oxidative degradation of the mechanical properties. During immersion in water a strong reduction in OIT occurs within the first year, after which time the curve levels off. Oxidation starts when very low OIT-values are reached after about 5 years at which time the mechanical strength rapidly falls to values below the yield point. We conclude from these data that the service life of HDPE GM's is essentially determined by the slow loss of stabilizers due to migration. The oxidation starts only after the depletion of antioxidants and then quickly leads to brittleness of the sample. However, no complete oxidative deterioration has been observed to date. We estimate by the van't Hoff rule that under normal ambient conditions many centuries will have to pass before the functional mechanical properties of state-of-the-art stabilized HDPE bulk material will be reduced below acceptable limits by oxidative degradation.
Data are reported from oven aging in circulating air and water immersion tests at 80°C on various polyolefin (polyethylene (PE) and polypropylene (PP)) needle-punched nonwoven geotextiles (GTnws) and the results of these long-term tests are compared with the oxidative resistance of high-density PE geomembranes (HDPE GMs) described in a preceding paper (Polym. Degr. Stability 79(1) (2003) 161). Polyolefin fibers used in geotextiles are typically less stabilized, have a very high surface-to-volume ratio and an oriented morphology compared with HDPE GMs. Therefore, significant differences in the oxidation behavior of these products are expected which may affect their durability. Two general results can be obtained from our measurements: Firstly, while the lifetime of the HDPE GM is essentially determined by the slow loss of stabilizers, for all GTnws a rapid reduction in the oxidative induction time (OIT) and, as we conclude, in the amount of stabilizer was observed during water immersion and air aging. Secondly, the mechanical property degradation of the GTnws depended strongly on the oxidation conditions: the induction period prior to the degradation was much longer for immersion in water than for oven aging in circulating air. After antioxidant depletion, an induction time of the oxidation reaction, which depends on the draw ratio of the stretched fibers and the oxygen supply, might substantially contribute to the induction period of the mechanical property degradation of GTnws. For one PP GTnw product, a sudden reduction in the mechanical strength occurred after onset of degradation which continued rapidly until complete deterioration. For other PP samples as well as for all PE GTnws the reduction in mechanical strength proceeded slowly. Best fits were obtained by modeling the degradation process of the PE GTnws by a second-order kinetic. Using an activation energy of 60 kJ/mol (Geotextiles, Geomembranes and Related Products, Balkema, Rotterdam, 1990; Conference Proceedings of the Sixth International Conference on Geosynthetics, Industrial Fabrics Association International (IFAI), Atlanta, USA, 1998, pp. 683690; Clay Geosynthetic Barriers, Balkema, Lisse, The Netherlands, 2002, pp. 8796), lower limits of the half-live of the degradation at worst case field conditions were obtained in the range 3083 years. Some decades have to be added for the overall induction time. However, under field conditions with limited oxygen supply, the expected service lifetime might be at least half an order of magnitude longer.
Composite liners (a geomembrane in intimate contact with a mineral liner) are frequently used to line landfills and contaminated sites. It is therefore very important to characterise the behaviour of these systems even under extreme conditions.
An investigation was undertaken to determine the influence of a mixture of concentrated organic contaminants on composite liner materials taken from test cells that had been dismantled after a 12-year permeation test.
The organic hydrocarbons had permeated the HDPE-geomembrane and had then migrated or had been adsorbed within the mineral liners, depending on their properties. The obtained concentration profiles of the contaminant mixture components indicate that the various mineral layer materials have selective retardation abilities which correspond to the different parameters of the organic compounds as well as of the mineral layer.
In addition, contaminant transport in the composite liners tested was modelled and the results of the model analysis compared with measurement data. An example (acetone) illustrates the calculated spatial and temporal contaminant concentration.
The composite liners investigated exhibit a very good sealing capacity against the concentrated organic contaminants used.
Long term behaviour of composite liners under exposure to a mixture of concentrated hydrocarbons
(1999)
Bis Mitte 2005 müssen schätzungsweise 250 alte Hausmülldeponien geschlossen werden, die nicht dem Stand der Technik entsprechen. Danach muß irgendwann eine Sicherung erfolgen. Wo dies im Einzelfall kontrollierbar möglich ist, kann man versuchen, den Deponiekörper anaerob ausreagieren zu lassen oder aerob zu stabilisieren. An einer zusätzlichen technischen Barriere wird jedoch auch dann kaum ein Weg vorbeiführen. Einfache, aber hochwirksame technische Abdichtungen können auch auf der Oberfläche einer Deponie errichtet werden. Für die dort wirksamen Beanspruchungen sind Abdichtungen mit ausgewählten PE-HD-Dichtungsbahnen besonders geeignet. Eine Zulassung der Produkte für diesen Anwendungszweck ist erforderlich, da PE-HD-Werkstoffe, aber auch Dichtungsbahnen, die aus dem gleichen PE-HD-Werkstoff unterschiedlich gefertigt wurden, sich in ihren Eigenschaften drastisch unterscheiden können.
Mit PE-HD-Dichtungsbahnen kann eine sehr wirksame, endgültige Oberflächenabdichtung auf einer Deponie gebaut werden. Dies setzt zwei Dinge voraus: die Dichtungsbahnen müssen fehlerfrei eingebaut werden und sie müssen lange genug halten. Die Lebensdauern von PE-HD-Dichtungsbahnen können sich jedoch je nach Werkstoff, Verarbeitung und Installation um Größenordnungen unterscheiden. Für die Auswahl sind daher spezielle Untersuchungen zur Alterung entscheidend und die Herstellungs-, Schweiß- und Verlegetechnik müssen bestimmte technische Standards erfüllen.
Durch die hydrolytische Alterung ändert sich die Zugfestigkeit eines Polyester-Bewehrungsgitters im Laufe der Zeit. Nach den Empfehlungen für den Entwurf und die Berechnung von Erdkörpern mit Bewehrung aus Geokunststoffen (EBGEO) der DGGT wird dieser Effekt durch einen Abminderungsfaktor bei der Bemessung berücksichtigt. Es ist zwar im Prinzip festgelegt, wie man bei der Bestimmung eines solchen Faktors für eine chemisch bedingte Materialveränderung vorgehen soll (ISO/TR 20432), es bleiben jedoch große Freiheiten bei der Umsetzung. Die Fragen, die sich daraus bei Bewehrungsgittern aus Polyester ergeben, werden diskutiert. Es werden Bausteine eines einheitlichen Verfahrens vorgeschlagen, das sich nicht nur auf den Festigkeitsverlust, sondern auch auf die molekulare Veränderung konzentriert.
Bereits vor der vergangenen Leipziger Deponiefachtagung waren eine Reihe von Zulassungsrichtlinien für Geokunststoffprodukte verabschiedet worden. Dokumente wurden nun überarbeitet und weitere sind hinzugekommen. Die Zulassungsscheine für bereits bestehende und auch neue Zulassungen werden auf dieser Basis für die Produkte erneuert oder erstellt.
Kunststoff-Dränelemente werden auch in Böschungen eingebaut. Da sie in der Regel aus mehreren Komponenten, nämlich mindestens aus einem Dränkern und einem Filtervliesstoff bestehen, hängt die Standsicherheit u. a. von der inneren Scherfestigkeit der Produkte ab. Diese kann entweder durch die reine Reibung der Komponenten untereinander oder durch die mechanische Festigkeit von Fügestellen zwischen den Komponenten bedingt sein, die schon bei der Produktion hergestellt werden. Im letzteren Fall ist nicht klar, wie Ergebnisse von Reibungsversuchen im Rahmenschergerät zu interpretieren sind. Vor diesem Hintergrund wird gezeigt, wie die Druck- und Scherkräfte, die ein Produkt langfristig aushalten kann, aus einem Reibungsversuch im Zusammenhang mit Kriechversuchen abgeleitet werden können. Dieses Vorgehen wird bei der Zulassung nach der Deponieverordnung für den Einsatz in Deponieabdichtungen angewendet.-----------------------------------------------------------------------------------------------------
Geocomposite drains (GCD) are used on long and steep slopes. Since they are usually composed of different components, at least a drain core in connection with a nonwoven filter geotextile, the internal shear strength is of significant relevance for the slope stability. The internal shear strength may be due to pure friction forces between the different components or due to the mechanical strength of the bonding between the components achieved in a special production process. In the latter case the interpretation of the results of friction shear box tests is quite unclear. Against this background it is shown how the pressure and shear forces, which are acceptable for a product in the long run, may be derived from such a shear box test in combination with long-term creep tests. The procedure is used within the framework of the certification of the products for landfill cover systems according to the German landfill ordinance.
Mit Dichtungskontrollsystemen (DKS) werden Konvektionssperren in Oberflächenabdichtungssystemen von Deponien kontrolliert. Die Funktionsfähigkeit eines eingebauten DKS muss in jedem Projekt zuvor überprüft werden. Diese projektspezifische Funktionsprüfung des DKS selbst wird am Beispiel der Verwendung mit einer Kunststoffdichtungsbahn (KDB) diskutiert. Der grundsätzliche Aufbau, die zugrunde liegenden Messprinzipien und das Ziel der Prüfung werden vorgestellt. Die Anforderungen an die nach der Deponieverordnung (DepV) zugelassenen Systeme hinsichtlich Betrieb, Leitungsfähigkeit und Konstruktion werden beschrieben. Dabei wird auf die Vorgaben der Richtlinie, die einer Zulassung zugrunde liegt, eingegangen. Das mögliche Vorgehen bei der projektspezifischen Kontrollprüfung im Hinblick auf Aspekte wie Vorgehensweise, Zeitpunkt und Randbedingungen sowie äußere Einflussfaktoren werden diskutiert.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Leak detection systems (LDS) are used to control tight barriers in landfill cover systems. However, the efficiency of the installed LDS itself has to be verified in every landfill construction project. As an example the efficiency test for LDS used in connection with geomembranes is discussed in detail. The basic principles, the measuring techniques and objectives of the efficiency testing are described. The requirements for a certification of LDS under the terms of the new German landfill ordinance with regard to operation, capability and design are listed. The conditions necessary for a certification of LDS are introduced. Possible project related efficiency testing procedures with respect to the scope, time of convenience, general conditions as well as external influencing factors are discussed.
Ein Geokunststoffprodukt muss in einer Deponieabdichtung unter allen relevanten Einwirkungen seine Funktion mindestens 100 Jahre lang erfüllen. Diese Annahme ist nicht schon allein dann gerechtfertigt, wenn Alterungsuntersuchungen gezeigt haben, dass der verwendete Werkstoff voraussichtlich so lange halten wird. Darüber hinaus gehende Fragestellungen zur Funktionserfüllung, die im Zulassungsverfahren bearbeitet werden müssen, werden am Beispiel von Kunststoff-Dränelementen und Bewehrungsgittern diskutiert. Es geht dabei um die Auswirkung von äußeren Kräften, die über diesen sehr langen Zeitraum einwirken.
Die Grenze für noch zulässige Druck- und Scherkräfte bei einem Kunststoff-Dränelement muss ausgelotet und das zugehörige Wasserableitvermögen bestimmt werden. Mögliche Einschränkung für den Herausziehwiderstand eines Bewehrungsgitters müssen abgeschätzt werden. Damit werden auch die Aufgaben zukünftiger Normungstätigkeit Umrissen. Ergänzend werden einige Erläuterungen zu aktuellen Entwicklungen gegeben: Eine neue Ausgabe der Fremdprüferrichtlinie wurde erarbeitet. Zulassungen für Bewehrungsgitter wurden erteilt.
Schließlich wird kurz erklärt, was Befristung einer Zulassung, Erlöschen einer Zulassung und Widerruf einer Zulassung bedeuten.
Die neue Deponieverordnung regelt im Anhang 1 auch den Einsatz von Geokunststoffen im Deponiebau. Deren Eignung muss der zuständigen Behörde gegenüber nachgewiesen werden. Auf die entsprechenden Regelungen wurde im ersten Teil dieses Aufsatzes eingegangen. Zumindest in den nächsten Jahren kommt nur ein Nachweis durch Vorlage einer Zulassung der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Betracht. Das Zulassungsverfahren wird in der Deponieverordnung geregelt. Die Zulassungsbehörde soll u.a. nicht nur ein bestimmtes Produkt auf der Grundlage von Zulassungsrichtlinien überprüfen, sondern auch in Zusammenarbeit mit einem Fachbeirat Anforderungen an den fachgerechten Einbau und das Qualitätsmanagement festlegen. Das Zulassungsverfahren und einige wesentliche technische Zulassungsanforderung, die für Kunststoffdichtungsbahnen, Schutzschichten, Geotextilien, Kunststoff-Dränelement, Bewehrungsgitter aus Kunststoff und Dichtungskontrollsysteme inzwischen erarbeitet und in Zulassungsrichtlinien beschrieben wurden, werden erläutert.
To properly understand and assess the long-term behaviour of geosynthetic materials it is necessary to investigate the various types of possible degradation mechanims. This includes both chemical and mechanical behaviour, and sometimes even their interactions with one another. Clearly, chemical degradation of geosynthetics depends on the polymer type. For example, polyolefins are vulnerable to oxidation; polyesters are susceptible to hydrolysis; and plasticizers can leach from polyvinyl chloride. This paper describes the concept of these three types of degradation, but focuses on the oxidation of polyolefins since the majority of the geosynthetics is made from this type of polymer. The methods used to predict the lifetime of antioxidants and service life of the geosynthetic material will be illustrated. Furthermore, the influence of temperature, pressure, and ultraviolet light on the service life are also demonstrated. Finally, the current specifications targeting the longevity of different geosynthetics are presented.
Regarding mechanical degradation, the paper mainly focuses upon the creep deformation of geogrids and stress crack resistance (SCR) of polyethylene geomembranes and geopipe. The method to assess stress crack resistance is described, and the microscopic mechanisms that lead to such failure are explained. For creep evaluation, different acceleration tests are presented and their applicability with respect to the different types of polymers is illustrated. In addition, the long-term shear behaviour of geocomposites and geosynthetic clay liners is presented.
Funktionsdauer von Kunststoff-Dränelementen für Oberflächenabdichtungen von Deponien und Altlasten
(2007)
Geokunststoffe aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) müssen mit Antioxidantien (AO) stabilisiert werden, damit sie die für die Anwendung in der Geotechnik erforderliche Lebensdauer erreichen. Die Lebensdauer ist dann aber nicht durch die Empfindlichkeit des Polymers gegen Oxidation, sondern durch den Verlust der AO im Laufe der Zeit bedingt. AO können durch den Verbrauch bei Oxidationsreaktionen, durch den Abbau im Polymer, durch die Wanderung an dessen Oberfläche, durch den Abbau auf der Oberfläche, schließlich durch Abdampfen von der Oberfläche oder durch sich Lösen in einem umgebenden flüssigen Medium verloren gehen. Bei den Geokunststoffen aus PP und PE wie auch bei anderen polyolefinen Kunststoffprodukten findet man häufig zwei bestimmte „Pakete“ aus Antioxidantien: (1) eine Kombination von Substanzen aus bestimmten Klassen von sterisch gehinderten Phenolen und Phosphiten und (2) eine Substanz aus der Klasse der sterisch gehinderten Amine (HAS) in Verbindung mit einer geringfügigen phenolischen und phosphitischen Verarbeitungsstabilisierung der Formmasse. Der Verlust der AO wie auch der oxidative Abbau der mechanischen Eigenschaften des Geokunststoffs verläuft ganz unterschiedlich, je nachdem mit welchem Paket stabilisiert wurde. Diese Unterschiede werden im Rahmen eines „3-Stadien-Modells“ diskutiert. Stadium A: die Antioxidantien gehen verloren. Stadium B: die Oxidation läuft langsam an. Stadium C: die Oxidation wirkt sich mehr oder weniger drastisch auf die Produkteigenschaften aus. Dabei zeigt sich, dass das Modell nur auf das Paket 1 anwendbar ist. Im Falle des Pakets 2 findet in gewissem Umfang schon im Stadium A ein oxidativer Abbau statt, ln beiden Fällen ist es aber die AO-Verlustzeit die eigentlich die Lebensdauer bestimmt. Es werden dann Abschätzungen der Lebensdauer von PEHDDichtungsbahnen und von PP-Vliesstoffen gegeben. Die Prüfung und Bewertung der oxidativen Beständigkeit muss die Eigenart der Wirkung und des Verlusts unterschiedlicher Stabilisierungen berücksichtigen. Vor diesem Hintergrund wird die Hochdruck-Autoklav-Prüfung beurteilt. Es werden die Besonderheiten dieser Prüfmethode aufgezeigt, die sich jeweils bei der Anwendung auf Produkte ergeben, die entweder mit dem Paket 1 oder dem Paket 2 stabilisiert wurden. Eine Vorhersage der Lebensdauer unter Anwendungsbedingungen aus den Ergebnissen der Autoklav-Prüfung ist sehr schwierig und vermutlich nur in bestimmten Fällen überhaupt möglich. Ähnliches gilt auch für die vergleichende Bewertung der oxidativen Beständigkeit von Produkten.
Hydrolytic degradation and functional stability of a segmented shape memory poly(ester urethane)
(2009)
In order to understand the effects of water and hydrolytic ageing on semi-crystalline poly(ester urethane) and its shape memory functionality, water immersion experiments at elevated temperature have been performed on a model substance and various parameters were monitored: change of the melting/crystallisation temperatures, substantial increase in crystallinity, temperature dependence of the water diffusion coefficient and solubility, hydrogen-bonding index and phase mixing by peak deconvolution of the FT-IR carbonyl region and day-to-day tensile and thermo-mechanical cyclic tensile tests. A rising fraction of freezable water agglomerates in the polymer was found for specimens cooled from the immersion temperature. The degradation process could be divided into three phases: an induction phase, a phase of continuous degradation and a phase of accelerated degradation. Shape recovery remains fairly constant during phase one and decreases slowly during phase two. The increase in crystallinity in phase two is accompanied by an increase in shape fixing ability.
In two hydrolytic degradation studies the tensile (mechanical) and functional (thermo-mechanical) properties of a hydrolysis-stabilized shape memory poly(ester urethane) and its non-stabilized analog were investigated. Hydrolytic degradation was enforced by specimen immersion in de-ionized water at 80 °C. Significant differences in the fundamental shape memory parameters were monitored as function of aging time for the stabilized and non-stabilized polymer. This included the ability to recover strain (shape recoverability) and stress (stress recoverability) on heating after shape programming. Hydrolysis-related mechanical and functional changes were correlated with morphological ones, detected by differential scanning calorimetry (DSC). The shape memory poly(ester urethane), which was protected by a carbodiimide-based hydrolysis stabilizer, revealed significantly improved resistance towards hydrolysis with respect to various mechanical and shape memory parameters.
The shape memory functionality of a segmented poly(ester urethane) and its hydrolytically aged specimens has been studied by cyclic thermo-mechanical measurements with an imposed strain of 100%. The shape memory effect was triggered by a melting transition in the soft segment phase. Aging was enforced by immersion in hot de-ionized water. In the course of the immersion the tensile properties (secant moduli, stress and strain at yield and break) were impaired by hydrolysis. Advanced specimen embrittlement finally led to rupture during the first thermo-mechanical cycle. This happened after 68 days of aging at 55 °C and correspondingly after 8 days at 80 °C. The residual strain after the first cycle, which was about 25%, increased significantly with aging time. Therefore, the total strain recoverability became ever smaller: aged specimens needed conditioning by at least two cycles for a full development of shape recoverability. Likewise the recovery force decreased continuously. Despite these degradation effects, it was observed that the shape fixity and the cycle-related shape recovery of appropriately conditioned specimens (number of cycles N > 2) remained on a constant high level (at round 100% and between 90% and 100%, respectively) throughout the whole aging period. These observations are discussed within the framework of a simplified model of the behavior of crystallizable shape memory polymers. The amorphous state of the polymer is described by the equation of the linear visco-elastic solid. As for the semi-crystalline state the material is assumed to react elastically with respect to deviations from the configuration, which was frozen up under constraint conditions. The curves of the dependence of the material behavior on aging time at 55 °C match perfectly those at 80 °C when the time axis is adjusted by a factor of 8.5, from which the apparent activation energy for hydrolytic aging in the amorphous state of 82 kJ mol-1 could be deduced.
Geokunststoffe müssen ihre Funktion über einen Zeitraum von mindestens 100 Jahren erfüllen. Bei der Beurteilung müssen alle relevanten und damit zu erwartenden Einwirkungen auf die Produkte berücksichtigt werden. Dies gilt im besonderen Maße für Produkte, die befristetet zugelassen werden. Bei der Beurteilung der Produkte reicht es nicht ausschließlich, den reinen chemischen Abbau des Grundwerkstoffes zu betrachten. Weitergehende Fragestellungen müsse geklärt werden. So müssen z. B. Auswirkungen von mechanischen Belastungen, die über einen sehr langen Zeitraum wirken, betrachtet werden. In diesem Zusammenhang soll das Zulassungskonzept für Bewehrungen aus Kunststoff vorgestellt werden. Hier müssen mögliche Einschränkungen für den Herausziehwiderstand abgeschätzt werden. Ergänzend werden einige Erläuterungen zu aktuellen Entwicklungen der Arbeit der BAM und des Fachbeirats gegeben: Eine neue Ausgabe der Fremdprüferrichtlinie wurde erarbeitet. Befristete Zulassungen für Bewehrungsgitter und neue Zulassungen für Kunststoff-Dränelemente wurden erteilt. In bestimmten Fällen ist es sinnvoll und hilfreich, nur befristete Zulassungen zu erteilen. Daher werden Hintergründe für Befristungen erläutert. Schließlich wird dargelegt, was die Begriffe Befristung einer Zulassung, Erlöschen einer Zulassung und Widerruf einer Zulassung bedeuten.
The behaviour of HDPE geomembranes and installation quality control in geotechnical application
(2013)
The German Landfill Ordinance regulates the use of geosynthetics and other materials in the field of waste Containment Systems. It requires a certification of the geosynthetics by the BAM. The certification-guidelines define the state of the art by giving detailed requirements and specifications i the various geosynthetic products used in landfill constructions. According to the German Landfill Ordinance geosynthetic products have to fulfil their function for more than 100 years. Beyond, supported by an advisory board of landfill experts, BAM has developed installation requirements and demands on quality management for production, installation and third party control. The BAM is responsible to define tests and testing criteria for geosynthetics, to include provisions into the certification document and in addition to stipulate requirements with regard to installation procedure and quality management in Germany. All documents of the BAM such as certification guidelines, recommendations and testing specifications which are approved by the advisory board are published in German language on the website and in the Official Gazette*** of the BAM. For the certification one of the basic requirements is that the geosynthetic product is produced with well defined and well reproducible properties. Thus, a sophisticated quality management System is needed. In addition, not only production control, but also a quality assurance for the installation is necessary.
An approach to achieve “zero leakage” is discussed with respect to the experience in Germany, where strict regulations for landfill lining and capping systems have been developed and issued because of large environmental problems related to landfills that accumulated in the 1970’s and 1980’s. Using a thick, high quality HDPE geomembrane (GMB), which is installed free of residual waves and wrinkles in intimate contact with a compacted clay liner (CCL) or geosynthetic clay liner (GCL) of very low permeability, by a qualified, experienced, well equipped and properly third-party controlled installer and which are protected by heavy protection layers designed with respect to long-term performance of the GMB, may result in a liner or capping system of practically no leakage. This is demonstrated by analyzing results of measurements obtained from permanently installed leak detection systems in combination with HDPE GMBs. The survey is based on 32 German landfills with 1,276,500 m² of installed HDPE GMB.
In diesem Beitrag soll in Kürze darüber informiert werden, welche Themen und Fragestellun-gen den Fachbeirat der BAM, seine Arbeitsgruppen und die BAM beschäftigt haben. Bereits in den letzten Jahren wurde an dieser Stelle über die Anforderungen an Kunststoff Drän-elemente berichtet. Vor dem Hintergrund unserer Beiträge zu diesem Thema, kam eine in-tensive Fachdiskussion im Fachbeirat der BAM und in weiteren Fachgremien in Gang. So wurden die Bemessungsgrundsätze der DGGT (Deutsche Gesellschaft für Geotechnik), die GDA (Geotechnik der Deponien und Altlasten) E (Empfehlung) 2-20 (Entwässerungsschich-ten in Oberflächenabdichtungssystemen), in einigen Punkten angepasst. Eine Musterverle-geanleitung für Kunststoff Dränelemente wurde erarbeitet. Der aktuelle Bearbeitungsstand soll hier vorgestellt werden. In diesem Zusammenhang wurde ein Untersuchungsprogramm zum Einfluss von Überlappstößen auf das Wasserableitvermögen von Kunst-stoff Dränelementen angestoßen. Die Ergebnisse sollen hier in Kürze vorgestellt und die Bedeutung für die Abminderungsfaktoren und damit für die Bemessung erläutert werden. Zu welchem Zeitpunkt muss ein Kunststoff Dränelement überbaut werden und welche weiteren Regelungen müssen hier beachtet werden? Was steckt eigentlich hinter diesen strengen Regelungen? Diese Fragen sollen im Folgenden diskutiert werden.
Die Deponieverordnung (DepV) fordert eine Akkreditierung der fremdprüfenden Stellen nach verschiedenen Normen. Die fachlichen Anforderungen an den „Fremdprüfer-Kunststoff“ legt die Richtlinie Fremdprüfer der BAM fest. Um diese Anforderungen im Akkreditierungsprozess ausreichend berücksichtigen zu können, wurde nun eine sogenannte DAkkS Regel erarbeitet, die die Anforderungen der Richtlinie spiegelt. Über den aktuellen Bearbeitungsstand soll berichtet werden.
Auch über die aktuelle Arbeit in Zusammenhang mit den Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) soll berichtet werden. Der Prüfhinweis B14 (Bestimmung der Maßhaltigkeit von geosyntheti-schen Dichtungsbahnen aus Polyethylen hoher Dichte (PEHD)) wurde überarbeitet. Voran-gegangen war eine intensive Entwicklung der Prüfeinrichtung sowie ausgiebige Ringversuche im AK GWS (Arbeitskreis Grundwasserschutz). In diesem Zusammenhang wurden neue Anforderungen an die Produkte gestellt. Die Hintergründe dazu sollen kurz vorgestellt werden. Die DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren) Richtlinie 2225-4 regelt das Schweißen der KDB auf der Deponiebaustelle. Werden KDB im strukturierten Bereich miteinander verschweißt, werden die Strukturen in der Regel vorher abgetragen. Die DVS Richtlinie 2225-4 sieht unter bestimmten Voraussetzungen von einem Abtragen der Strukturen ab. Vor diesem Hintergrund wurde ein Untersuchungsprogramm initiiert, das die Auswirkungen aufzeigen soll. Der Bearbeitungsstand wird vorgestellt.
Was gibt es Neues? In diesem Beitrag wird über den aktuellen Stand bei der Zulassung von Geokunststoffen berichtet. Was die erteilten Zulassungen selbst anbelangt, so kann sich jeder an Hand einer Liste im Internet1 informieren. Dort findet man auch alle Dokumente zur Zulassung. Im Folgenden geht es daher um einige aktuelle fachliche Themen und zugehörige Fragen, die bereits in der obigen Zusammenfassung umrissen wurden.
Auch Kunststoffdränelemente sind wie alle Kunststoffprodukte für Kriechen und Stabilitätsversagen anfällig. Ein Kunststoffdränelement verformt sich unter langanhaltender Druck- und Scherbelastung allmählich. Dabei werden die Dicke und damit auch das Wasserableitvermögen reduziert. Wenn die Verformung parallel zur Ebene im Laufe der Zeit einen kritischen Wert überschreitet, kann es zum Scherversagen kommen. Das Kunststoffdränelement kann auch Zusammenbrechen, wenn die Dicke des Produktes einen kritischen Wert unterschreitet. Diese Effekte werden an Hand von Daten von Herstellern von vier verschiedenen Produkten beschrieben. Das Langzeit-Wasserableitvermögen und die akzeptable Grenzen für die Scher- und Normalspannung vor dem Hintergrund von Scherversagen und Dränkemstabilität und die Lebensdauer in Bezug auf diese Versagensmechanismen werden durch Zuhilfenahme standardisierter Prüfverfahren bestimmt. Diese Eigenschaften von Kunststoffdränelementen müssen bei der Planung dauerhafter geotechnischer Bauwerke berücksichtigt werden. Zudem wird kurz auf das Qualitätsmanagement bei dem Einbau und der Lagerung der Produkte auf der Deponiebaustelle eingegangen.
The German landfill ordinance regulates the use of geosynthetics, polymers and leak detection systems (LDS) in the field of landfill engineering in Germany. It governs the certification process and sets a framework for the requirements on these products. The certification guidelines of the BAM Federal Institute of Materials Research and Testing turn these requirements into detailed technical specifications and associated test procedures. The present paper describes the procedure of developing certification guidelines for LDS by BAM and its advisory board. The requirements for the certification of LDS under the terms of the new German landfill ordinance with regard to operation and capability are listed and the technical criteria are described. The performance test for LDS used in connection with geomembranes is discussed in detail.
Like all plastic products, geocomposite drains (GCD) are susceptible to creep and creep rupture. The GCD is slowly and continuously deformed under long lasting shear and pressure forces. The thickness is reduced and thereby the water flow capacity. If the in-plane deformation reaches a critical value in the course of time, shear failure might occur. Likewise, if the thickness reaches a critical value the structure of the drain core might collapse. These effects are shown using data provided by the manufacturers of four different GCD. Long-term water flow capacity and the acceptable limits of shear stress and normal stress (pressure) with respect to shear rupture and drain core stability as well as the lifetime with respect to these failure modes are determined using standard test methods. The design of long lasting geotechnical structures has to take into account these characteristics of the long-tem performance of GCD.
Geogrids, which are installed to prevent sliding failure on long and steep slopes, have to be safely anchored. The design and calculation of the anchorage is based on simple design rules. Basically, it is assumed that the pull-out resistance is proportional to the soil shear strength, the vertical load and the anchoring length and that the soil-reinforcement coefficient of proportionality as determined in pull-out tests is typically in the range between 0.5 and 1. Based on an extended version of a model for the soil-geogrid interaction, which was described by Ziegler and Timmers (2004) and Sieira et al. (2009), the physical assumptions and limitations of these rules are discussed. For those geogrids, for which the passive thrust mobilization of earth pressure by the displacement of the transversal or bearing force grid elements substantially contributes to the pull-out resistance, the mechanical strength of the junction between longitudinal and transversal elements is of crucial importance. The relation between mechanical properties of the junction, the flexibility of the longitudinal grid elements, the surface friction and the finally achieved pull-out resistance is exemplarily shown by a model calculation. It is included, that due to aging and creep the short-term junction strength may be significantly lower than the long-term strength. There is a certain critical pull-out resistance and an associated critical anchorage length. Both are determined by the strength of the junction embedded into the soil and are independent from the actually installed anchorage length. For a safe design it is not allowed to go beyond that limit. This requirement restricts the range of application of the common design rules. It follows that not only the long-term strength of the longitudinal elements has to be considered and quantified by reduction factors but also the long-term strength of junctions. These limitations have to be observed to achieve a safe design of the anchorage. Preliminary design rules are discussed.
The German landfill ordinance includes a certification requirement for geosynthetics used in landfill liner and capping systems. The certification guidelines describe the basis for the design of geosynthetics used in landfill construction. According to the rules which are usually applied, the thickness of the filter geotextile has to be at least 30 times the characteristic opening size O90. Filter geotextiles which are often used in geocomposite drains have a mass per area of 200 g/m² and do not fulfill this requirement.
In this paper modified filter criteria for geosynthetics are presented with a particular focus on These geotextile filters in geocomposite drains.
Data from four samples of commercially available PET geogrids (made either of yarns or bars), which were measured by BAM or other institute, are analyzed to discuss the procedure and problems of determining the chemical reduction factor RFCH associated with a certain service life. Estimates from Arrhenius extrapolation usually have very large statistical errors. The level of confidence must therefore be specified. A reliable estimate requires data from immersion tests below the glass transition temperature of PET. To extrapolate the time of reductions for each reduction factor at such low temperatures, one has to know the functional form of the mechanical degradation curve. It is shown how the degradation curve of the tensile strength may be obtained by determining the relation between increase in concentration of carboxyl end group (CEG) and decrease in tensile strength. Therefore, experimental studies to determine the chemical reduction factor should be accompanied by the measurements of the CEG concentration and the intrinsic viscosity. Furthermore, such measurements allow a non-ambiguous determination of the molecular mass. Hydrolytic molecular degradation will proceed continuously even at 20 °C with half-life of the inverse of the CEG concentration of 40–100 y. Nevertheless, small chemical reduction factors at a lifetime of 100 y are obtained with high level of confidence for materials with low initial CEG concentration and high molecular mass. This is shown by pooling data from samples with comparable CEG concentration, molecular mass and above all comparable intrinsic relation between increase in CEG concentration and decrease in strength. Therefore, the recommendation of ISO TR 20432, Table 2, for chemical reduction factors seems to be applicable to PET geogrids with index properties well below the one specified by the technical report. Whether these index properties are actually a sufficient condition to have small chemical reduction factors even at a very long service life is still an open question. The determination of chemical reduction factor should be based on aging experiments, at least for products with index properties close to the limiting values for the following reasons. (1) Even so standards are available, results of different laboratories on absolute values of CEG concentration and number averaged molecular mass differ to a certain extent. (2) Other factors, like crystallization, affect the mechanical degradation significantly. (3) There is no universally applicable form of the mechanical degradation curve.
The German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) has established a testing guideline to assess the suitability of geosynthetic or geocomposite drain (GCD) elements for final landfill cover systems. In an earlier paper the uniform procedure according to the BAM guideline for determining long-term water flow capacity was described, and the structural stability of drain cores under creep was investigated. The extrapolation of creep curves is permissible only when it can be shown, over the extrapolated period (at least 100 years), that oxidative aging does not invoke any relevant changes in the polyolefin material. This can be shown by measuring antioxidant depletion and mechanical degradation of the drain cores and filter/protection geotextiles in oven aging and water immersion tests. In this paper the results of such aging studies on three different GCD products are reported. Degradation of the tensile strength of HALS-stabilized polypropylene needle-punched nonwoven geotextiles (PP NWGTs) starts right from the beginning of the oven aging. This has to be taken into account for lifetime predictions based on residual tensile strength. The rate of oxidative degradation of NWGTs decreases significantly with increasing mass per area. Therefore the expected service life sets a limit on acceptable geotextile grammage. Antioxidant depletion in the drain cores, which are made of relatively thick PP strands or HDPE ribs, is about an order of magnitude slower than in filter and protection NWGTs, which are made of thin fibers. Service life values in excess of 100 years may be obtained for the products when the geotextiles and drain cores are properly stabilized and designed.
Der Fachbeirat beschloss im vergangenen Jahr Zulassungsrichtlinien für Kunststoffdichtungsbahnen, Schutzschichten, Kunststoff-Dränelemente und Geotextilien zum Filtern und Trennen und eine Richtlinie über Anforderungen an Verlegefachbetriebe, die von seinen Arbeitsgruppen vorbereitet worden waren, und nunmehr die Grundlage für die Zulassungstätigkeit bilden. In diesem Beitrag wird im Anschluss an die Ausführungen auf der letzten Fachtagung kurz über wesentliche Anforderungen und Zulassungsvoraussetzungen berichtet. Noch nicht verabschiedet sind die Richtlinien für Dichtungskontrollsysteme und Bewehrungsgitter aus Kunststoff. Auf den Diskussionsstand bei den Anforderungen an die Bewehrungsgitter wird etwas ausführlicher eingegangen, da sich neben den materialtechnischen auch bemessungstechnische Probleme ergeben.
Bewehrungsgitter aus Kunststoff, die zum Schutz vor hangparallelem Gleiten auf langen und steilen Böschungen eingebaut werden, müssen sicher verankert werden. Für den Entwurf und die Berechnung der Verankerung sind bestimmte Regeln gebräuchlich. An Hand von Modellen für die Wechselwirkung zwischen Füllboden und Bewehrungsgitter wird diskutiert, welche physikalischen Annahmen und Vereinfachungen in diese Bemessungsregeln eingehen. Dabei wird gezeigt, dass das bisher benutzte Bemessungskonzept ohne Einschränkung nur auf eine spezielle Klasse von Bewehrungsgittern anwendbar ist, deren Herausziehwiderstand überwiegend von Effekten der 'Oberflächenreibung' zwischen Bodenpartikeln und Längselementen des Gitters bedingt ist ('Reibungsgitter'). Für die Bemessung muss hier der Verbundbeiwert dieser reinen Oberflächenreibung verwendet werden. Bei Bewehrungsgittern, wo ein Erddruck, der sich vor den Querelementen des Gitters aufbaut, maßgeblich zum Herausziehwiderstand beiträgt, ist die Festigkeit der Verbindungsstellen zwischen Längs- und Querelementen von entscheidender Bedeutung für eine sichere Verankerung ('Erddruckgitter'). Die Zusammenhänge zwischen mechanischem Verhalten der Verbindungsstellen, Dehnbarkeit der Längselemente, Oberflächenreibung und maximaler Herausziehkraft werden beispielhaft aufgezeigt. Die Festlegung eines Bemessungswiderstands der Verbindungsstellen, der grundsätzlich nicht überschritten werden darf, erfordert eine Modifikation des Bemessungskonzepts. Zwei Fälle können unterschieden werden: Bei Böden mit hinreichend geringer innerer Reibung und geringer Auflast, wo der maximal mobilisierbare Erdwiderstand die zulässige Festigkeit der Verbindungsstelle nicht übersteigen kann, können die Bemessungsregeln noch angewendet werden. In allen anderen Fällen nicht mehr: Der Bemessungswiderstand der Verbindungsstelle setzt nämlich der möglichen aktivierbaren Verankerungslänge eine obere Grenze. Es können dann auch nur Zugkräfte bis zu einer bestimmten Stärke verankert werden, völlig unabhängig davon, wie groß die Zugfestigkeit des Bewehrungsgitters ist. Nur bei Beachtung dieser Grenzen ist eine langfristig sichere Verankerung möglich.
Long-term water flow capacity of geosynthetic drains and structural stability of their drain cores
(2008)
Richtlinie für die Zulassung von Geotextilien zum Filtern und Trennen für Deponieabdichtungen
(2010)
Die neue Deponieverordnung fordert Zulassungen für Geokunststoffe, die in Deponiedichtungssystemen eingesetzt werden. Diese gesetzliche Vorgabe führt dazu, dass in nationalen Regelwerken und Empfehlungen neue Vorgehensweisen verankert werden müssen. Zulassungsstelle ist die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Zuständig für die entsprechenden GDA Empfehlungen ist die UAG-Ak 5.1-6.1. Der Beitrag zeigt die Neuerungen, aber auch die Ausnahmeregelungen. Auf der Grundlage der Deponieverordnung hat die BAM einen Fachbeirat zusammengerufen, der verschiedene Arbeitsgruppen eingerichtet hat, um Zulassungsrichtlinie für Kunststoffdichtungsbahnen, Schutzschichten, Geotextilien zum Filtern und Trennen sowie Bewehrungsgitter aus Kunststoff zu erarbeiten oder zu aktualisieren. Die Zulassungsanforderungen lehnen sich wiederum eng an GDA- und EAG-Empfehlungen an. In dem Beitrag wird der Stand der Fachdiskussion in den Arbeitsgruppen erläutert.
Unser Beitrag soll auch in diesem Jahr über aktuelle Diskussionsthemen und Fragestellungen im Fachbeirat der BAM, in seinen Arbeitsgruppen und in der BAM informieren. Im vergangenen Jahr wurde intensiv über die Qualitätssicherung und den Einbau von Kunststoff-Dränelementen diskutiert. In diesem Zusammenhang wurde ein Untersuchungsprogramm zum Einfluss von Überlappstößen auf das Wasserableitvermögen von Kunststoff-Dränelementen angestoßen. Die Ergebnisse sollen hier in Kürze vorgestellt und die Bedeutung für die Abminderungsfaktoren und damit für die Bemessung erläutert werden. Zu welchem Zeitpunkt muss ein Kunststoff Dränelement überbaut werden und welche weiteren Regelungen müssen hier beachtet werden? Was steckt eigentlich hinter diesen strengen Regelungen? Diese Fragen sollen im Folgenden diskutiert werden.
Die Deponieverordnung (DepV) fordert eine Akkreditierung der fremdprüfenden Stellen nach verschiedenen Normen. Die fachlichen Anforderungen an den „Fremdprüfer-Kunststoff“ legt die Richtlinie Fremdprüfer der BAM fest. Um diese Anforderungen im Akkreditierungsprozess ausreichend berücksichtigen zu können, wurde nun eine sogenannte DAkkS Regel erarbeitet, die die Anforderungen der Richtlinie spiegelt. Über den aktuellen Stand soll berichtet werden.
Auch über die aktuelle Arbeit in Zusammenhang mit den Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) soll berichtet werden. Der Prüfhinweis B14 (Bestimmung der Maßhaltigkeit von geosynthetischen Dichtungsbahnen aus Polyethylen hoher Dichte (PEHD)) wurde überarbeitet. Vorangegangen war eine intensive Entwicklung der Prüfeinrichtung sowie ausgiebige Ringversuche im AK GWS (Arbeitskreis Grundwasserschutz). In diesem Zusammenhang wurden neue Anforderungen an die Produkte gestellt. Die Hintergründe dazu sollen kurz vorgestellt werden. Die DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren) Richtlinie 2225-4 regelt das Schweißen der KDB auf der Deponiebaustelle. Werden KDB im strukturierten Bereich miteinander verschweißt, werden die Strukturen in der Regel vorher abgetragen. Die DVS Richtlinie 2225-4 sieht unter bestimmten Voraussetzungen von einem Abtragen der Strukturen ab. Vor diesem Hintergrund wurde vom AK GWS ein Untersuchungsprogramm initiiert, das die Auswirkungen aufzeigen soll. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen werden vorgestellt.
Die europäischen Anwendungsnormen und das deutsche Straßenbaumerkblatt für Geokunststoffe verwenden statistische Begriffe. Deren nur „beiläufige“ Erwähnung lässt jedoch offen, was genau im Zusammenhang gemeint ist. Produkte unterschiedlicher Hersteller können daher trotz gleicher Angaben zu den Mindestwerten in den Leistungserklärungen oder Datenblättern deutlich unterschiedliche Eigenschaften haben. Um vorschriftsmäßig bemessen zu können, muss man jedoch wissen, was sich hinter den Zahlen verbirgt. Eine Zulassung oder Zertifizierung ist nur dann sinnvoll, wenn darüber hinaus einheitlich definiert wird, was die Angaben für die werkseigene Produktionskontrolle, die Inspektion durch benannte Stellen und die Kontrolle durch Dritte bedeuten. In den vergangenen Jahren seit 2009 wurde versucht, die Zulassungen stärker auf die Vorgaben aus der europäischen Normung zu stützen. Daher musste nun diskutiert werden, welche statistische Bedeutung die Angaben in den Zulassungen für Kunststoff-Dränelementen und Geotextilien zum Filtern und Trennen haben. Hier musste eine einheitliche Regelung getroffen werden. Über die Ergebnisse soll berichtet werden.
Bereits im letzten Jahr wurde an dieser Stelle über die Anforderungen an Kunststoff-Dränelemente (KDE) berichtet. Vor dem Hintergrund unserer Beiträge zu diesem Thema, kam eine intensive Fachdiskussion im Fachbeirat der BAM und in weiteren Fachgremien in Gang. Der AK (Arbeitskreis) 6.1 der DGGT (Deutsche Gesellschaft für Geotechnik) hat die Anforderungen an die Dränspende bei der Bemessung der KDE angepasst. Darüber hinaus wurde im Fachbeirat intensiv über das Qualitätsmanagement (QM) beim Einbau der Produkte auf der Deponiebaustelle diskutiert. Wie wird qualitätssichernd überbaut? Wie vermeidet man Wellenbildungen? Es wurde beschlossen, dass diese und weitere Fragen in einer Musterverlegeanweisung geklärt werden sollen. Diese Musterverlegeanweisung hat bereits ihren Weg in die Zulassungsdokumente der Produzenten gefunden. Dies soll vorgestellt werden.
Über die europäischen Produktnormen für Geokunststoffe (hEN) wird gestritten: Dienen sie nur einem einheitlichen Verfahren der CE-Kennzeichnung oder werden darin alle relevanten Eigenschaften so festgelegt, dass darüber hinausgehende nationale Vorschriften ungültig werden? Der Streit wurde durch ein Urteil des Europäischen Gerichtshofs (EuGH) weiter angefacht. Davon noch nicht betroffen ist der Deponiebau. Die Deponie ist ein besonderes Bauwerk, bei dem vor allem abfallrechtliche Regelungen beachtet werden müssen. Wir zeigen, dass das in den hEN festgelegte Eigenschaftsspektrum der Bauprodukte im Wesentlichen nicht gleichwertig zu dem Anforderungsspektrum der Deponieverordnung (DepV) ist. Eine CE-Kennzeichnung kann daher eine BAM-Zulassung nicht gleichwertig ersetzen. Auch für andere geotechnische Anwendungsgebiete gilt, dass die geltenden hEN die Geokunststoffe nicht ausreichend charakterisieren.
Geosynthetics are planar polymeric products, which are used in connection with soil, rock or other soil-like materials to fulfill various functions in geoenvironmental engineering. Geosynthetics are of ever-growing importance in the construction industry. Sealing of waste storage facilities to safely prevent the emission of wastewater, landfill gas and contaminated dust as well as the diffusion of pollutants into the environment and coastal protection against storms and floods and reconstruction after natural disaster are important fields of application. We will give an overview of the various geosynthetic products. Two examples of the material problems related to geosynthetics are discussed in detail: the effect of creep on the long-term performance of geocomposite drains and the numerical simulation of the interaction of soil with geogrids. Both issues are of importance for the use of these products in landfill capping systems. The various functions, which geosynthetics may fulfill in the protection of coastal lines, are illustrated by case studies. The geosynthetic market is evaluated and economical and environmental benefits, as well as environmental side effects related to the use of geosynthetics, are discussed.
Bereits auf der letzten Leipziger Deponiefachtagung wurde über die Anforderungen an Kunststoff-Dränelemente berichtet. Vor dem Hintergrund unserer Beiträge in Leipzig und Würzburg (Tagung: Die sichere Deponie) zu diesem Thema, entstand eine intensive Fachdiskussion, u. a. im Fachbeirat der BAM. Hier wurde auch über das Qualitätsmanagement beim Einbau der Produkte auf der Deponiebaustelle diskutiert. Diese verhältnismäßig "empfindlichen" Produkte können nur dann ihre volle Wirkung entfalten, wenn sie sachgemäß behandelt und eingebaut werden. Es wurde daher im Fachbeirat beschlossen, dass dieses Thema in einer Musterverlegeanweisung behandelt werden sollten. Diese wurde im Fachbeirat und in seiner Arbeitsgruppe Geotextilien und Kunststoff-Dränelemente erarbeitet und beschlossen. Auf diese Musterverleganweisung wird im Folgenden eingegangen.
Es könnte leicht der Eindruck entstehen, dass Kunststoff-Dränelemente mittlerweile in dem Sinne Stand der Technik sind, dass sie ohne weiteres in allen Bauprojekten eingesetzt werden könnten. Dies ist nicht der Fall. Eine messtechnische Analyse des mechanischen Langzeitverhaltens im Rahmen der Zulassung zeigt die Anwendungsgrenzen jedes Produkts. Das Langzeit-Wasserableitvermögen und die noch zulässigen mechanischen Beanspruchungen müssen bei der Anwendung betrachtet werden. Wir möchten daher unser Konzept zur Beurteilung der Langzeiteigenschaften der Kunststoff-Dränelemente vorstellen und auf die resultierenden Anwendungsgrenzen hinweisen. Der daraus resultierende Umfang der relevanten Produkteigenschaften, die beachtet werden müssen, ist erheblich größer als der bescheidene Umfang, der etwa einer CE-Kennzeichnung zugrunde liegt. Auch auf dieses Thema möchten wir in Kürze eingehen.
Im ersten Teil dieses Aufsatzes wurde gezeigt, dass nur ein Teil der für den Deponiebau wesentlichen technischen Eigenschaften in den europäisch harmonisierten Bauproduktnormen DIN EN 13252 und DIN EN 13257, die der CE-Kennzeichnung der Geotextilien (GTX) und geotextilverwandten Produkte (GTP) zugrunde liegen, erfasst werden. Um eine im Wesentlichen vorhandene Gleichwertigkeit der Produkteigenschaften überhaupt abwägen zu können, müssen aber sämtliche relevanten Eigenschaften bekannt sein. Dies erfordert für CE-gekennzeichnete Produkte zusätzliche Prüfungen auf der Grundlage der DepV-Liste der Kriterien und Einwirkmechanismen (Anhang 1, Nummer 2.1.1, DepV). In diesem Teil werden die Tabellen C1 und C2 sowie die Tabelle D aus dem ersten Teil, in denen die Eigenschaften der harmonisierten europäischen Normen (hEN) den Anforderungen der DepV gegenübergestellt wurden, in technischer Hinsicht näher erläutert.
In absehbarer Zeit werden CE-gekennzeichnete Geovliesstoffe, Geogewebe, geosynthetische Dränelemente und Geogitter aus Kunststoff erhältlich sein, bei denen die CE-Leistungserklärung den Hinweis enthält 'dauerhaft für bis zu 100 Jahre' oder sogar 'dauerhaft für mindestens 100 Jahre'. Hersteller, Bauherren, Planer und zuständige Behörden werden sich daher die Frage stellen, ob diese Produkte auf der Grundlage von Anhang 1 Nummer 2.1 Satz 7 Ziffer 1 der Deponieverordnung (DepV) im Deponiebau auch ohne Zulassung verwendet werden dürfen. Ein Vergleich der europäisch harmonisierten Bauproduktnormen DIN EN 13252 und DIN EN 13257, die der CE-Kennzeichnung der Geotextilien und geotextilverwandten Produkte zugrunde liegen, mit den Anforderungen der DepV zeigt nun aber, dass nur ein Teil der für den Deponiebau wesentlichen technischen Eigenschaften in diesen Normen erfasst werden. Daher sind für CE gekennzeichnete Produkte zusätzliche Prüfungen auf der Grundlage der DepV-Liste der Kriterien und Einwirkmechanismen erforderlich. Die in den Produktnormen beschriebene Qualitätssicherung ist nach Anhang 1 Nummer 2 Satz 14 ff der DepV ebenfalls für die Gleichwertigkeit nicht ausreichend. Eine CE-Kennzeichnung ist deshalb noch kein Nachweis, dass die Produkte dem Stand der Technik nach der DepV entsprechen und die Eigenschaften der Produkte den geforderten Eigenschaften im Wesentlichen gleichwertig sind, auch wenn mit Bezug auf den Anhang B der genannten Normen deren Dauerhaftigkeit für 100 Jahre vom Hersteller deklariert wird.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
In the near future, CE-marked woven and nonwoven geotextiles, geocomposite drains and geogrids will be available on the market, whose declaration of performance will contain the qualification 'predicted service life up to 100 years' or even 'predicted service life minimum 100 years'. Manufacturer, principals and their design engineers as well as the responsible authorities will have to deal with the question, whether such products can be used on the basis of Annex 1, no. 2.1, sentence 7, cipher 1 of the German landfill ordinance (DepV) as components of landfill liner and capping systems. A comparison of the harmonized European standards hEN 13252 and 13257, on which the CE-marking of geotextiles and geotextile-related products is based, with the DepV, shows that only a few of the essential technical characteristics actually relevant for landfill constructions are considered in these standards. Therefore, additional tests based on the DepV-list of criteria and mechanisms of action are necessary for CE-marked products. Requirements on quality managements in the hEN are likewise not adequate for essential equivalence with respect to annex 1, No. 2.1, sentence 14 ff, DepV. Therefore, CE-marking is actually no proof of the fulfilment of the state of the techno logy according to the DepV and of the essential equivalence of product properties to the required properties, albeit the declaration of performance indicates a predicted service life of 100 years.
Testing of the oxidative resistance of polyolefin based geosynthetics in
autoclaves at high oxygen pressure has been suggested as an alternative method to
conventional forced-air oven aging. The intention is to shorten considerably the testing
time and to ensure that aging is performed under the condition of rate-controlled
and not diffusion-limited oxidation. We compare data from high pressure autoclave
tests (HPAT) with data from oven aging and water immersion tests at 80 °C. For this,
the stabilization of the samples has to be taken into account. Polyolefin based geosynthetics
are usually stabilized by two types of “packages” of antioxidants (AO), designated
here as P1 and P2. P1 consists of phenols and phosphites, P2 of hindered amine
stabilizers (HAS) in addition to a marginal stabilization P1 of the resin for the manufacturing
process. Phenolic and phosphite AO are quickly consumed in the HPAT.
Failure time is tremendously reduced compared to forced-air oven aging or water
immersion. The results are discussed within the framework of a basic autoxidation
scheme (Wise et al., 1997). The reduction is much greater than expected from theoretical
considerations. Therefore, a direct and degrading reaction of oxygen with the AO
has to be assumed. In case of HAS, the time dependence of the degradation of tensile
properties in the HPAT is significantly different from the dependence observed in
conventional forced-air oven aging and their effectiveness is likewise strongly reduced.
A conclusive interpretation of HPAT results needs a better understanding of
what happens to the AO at high oxygen pressure.
Plastic products used in geotechnical engineering, so-called geosynthetics, are often made of polyolefins (polyethylene or polypropylene) and stabilized against oxidative degradation by antioxidants (AO). Three types of AO “packages” are used: (P1) phenols and phosphites/sulfides, (P2) hindered amines (HAS) with a marginal stabilization P1 of the basic resin, (P3) a combination of packages P1 and P2 with comparable amounts of phenol and HAS. We report about long-lasting oven aging and water immersion tests at 80 °C of 29 different polyolefin based products (geomembranes, geonets and geotextiles). Pronounced differences in the degradation behavior were found depending solely on the type of AO package. In case of P1, the oxidative degradation is prevented by the AO. Autocatalytic oxidation only begins after depletion of AO and may lead to catastrophic failure depending on the environmental conditions. In case of P2, degradation starts right from the beginning. However, it is decelerated and proceeds gradually. In case of P3, the degradation behavior seems to be a superposition of the characteristics obtained for P1 and P2. Plotting the fractional loss of the AO in P1 and P2 as function of the square root of aging time, we identified two regimes of AO depletion. We suggest to attribute this observation to the different mechanisms of AO depletion.
Mit der Parole „all liners leak“ fordern namhafte Protagonisten der US-amerikanischen Geo-kunststoffszene, dass man auch bei der Verwendung von Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) die Deponieabdichtungen als Doppeldichtung mit Kontrolldränage ausführen muss. Dem wird von deutschen Fachleuten der „zero leakage approach“ entgegengesetzt. Danach kann unter bestimmten Voraussetzungen eine Kombinationsdichtung aus mineralischer Dichtung und KDB so gebaut werden, dass dieser „liner“ tatsächlich dicht ist und die KDB als eine echte „Konvektionssperre“ wirkt. Im deutschen Deponiebau ist man mit dieser Herangehensweise vertraut. Dennoch sollen hier nochmals die wesentlichen Elemente des „zero leakage approach“ herausgestellt werden. Auf eines dieser Elemente, die Zulassung von KDB, wird näher eingegangen. Anhand von Messungen mit Dichtungskontroll¬systemen wird dann gezeigt, dass dieser „approach“ auch funktioniert.
Ober die europäischen Produktnormen für Geokunststoffe (hEN) wird gestritten: Dienen sie nur einem einheitlichen Verfahren der CE-Kennzeichnung oder werden darin alle relevanten geotechnischen Eigenschaften so verbindlich festgelegt, dass darüber hinausgehende nationale Vorschriften ungültig werden? Der Streit wurde durch ein Urteil des Europäischen Gerichtshofs weiter angefacht. Davon noch nicht betroffen ist der Deponiebau. Die Deponie ist ein besonderes Bauwerk, bei dem vor allem abfallrechtliche Regelungen beachtet werden müssen. In der deutschen Deponieverordnung wurde daher eine mit der Europäischen Kommission abgestimmte Gleichwertigkeitsklausel für CE-gekennzeichnete Bauprodukte verankert, die diese Besonderheit berücksichtigt. Wir zeigen, dass das in den hEN festgelegte Eigenschaftsspektrum der Bauprodukte im Wesentlichen nicht gleichwertig zu dem Spektrum ist, das sich aus den Anforderungen der Deponieverordnung ergibt. Die Qualitätssicherung der hEN, die nur eine zertifizierte werkseigene Produktionskontrolle jedoch keine Fremdüberwachung vorsieht, entspricht ebenfalls nicht den Anforderungen der Deponieverordnung. Eine CE-Kennzeichnung kann daher eine BAM-Zulassung nicht gleichwertig ersetzen. Auch für andere geotechnische Anwendungsgebiete gilt, dass die geltenden hEN die Geokunststoffe nicht ausreichend charakterisieren. Die Antwort auf die Frage, wie verbindlich diese mangelhaften hEN werden könnten, ist daher von weitreichender Bedeutung für die gesamte Geotechnik.
Seit dem Jahr 1989 erteilt die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Zulassungen für Geokunststoffe im Bereich der Deponieabdichtungssysteme. Diese Zulassungen etablierten sich seitdem zunehmend und wurden in Genehmigungsverfahren gefordert, Das Produktportfolio der im Deponiebau verwendeten Geokunststoffe und damit das Aufgabengebiet der BAM wurden in den vergangenen Jahren stark erweitert. Zudem entwickelten sich die Arbeitsschwerpunkte von der chemischen Beständigkeit von Kunststoffdichtungsbahnen über die Schadstoffpermeation bis hin zu der Alterung und Lebensdauer der Produkte. Um den hohen Anforderungen der Deponieverordnung (DepV) zu entsprechen, mussten darüber hinaus die Qualitätssicherung bei der Produktion und dem Einbau der Produkte betrachtet werden. Ein historischer Abriss der Arbeit der BAM und ihrer Zulassungsrichtlinien findet sich z. B. unter. Geokunststoffe müssen ihre Funktion über einen Zeitraum von mindestens 100 Jahren erfüllen. Bei der Beurteilung müssen alle relevanten und damit zu erwartenden Einwirkungen auf die Produkte berücksichtigt werden. Dies gilt im besonderen Maße für Produkte, die befristetet zugelassen werden. Bei der Beurteilung der Produkte reicht es nicht ausschließlich, den reinen chemischen Abbau des Grundwerkstoffes zu betrachten. Weitergehende Fragestellungen müsse geklärt werden. Was die erteilten Zulassungen selbst anbelangt, so kann sich jeder an Hand einer Liste im Internet1 informieren. Dort findet man auch alle Dokumente zur Zulassung.