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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.
Bispidines for dual imaging
(2014)
The efficient transformation of the hexadentate bispidinol 1 into carbamate derivatives yields functional bispidines enabling convenient functionalization for targeted imaging. The BODIPY-substituted bispidine 3 combines a coordination site for metal ions, such as radioactive 64CuII, with a fluorescent unit. Product 3 was thoroughly characterized by standard analytical methods, single crystal X-ray diffraction, radiolabeling, and photophysical analysis. The luminescence of ligand 3 was found to be strongly dependent on metal ion coordination: CuII quenches the BODIPY fluorescence, whereas NiII and ZnII ions do not affect it. It follows that, in imaging applications with the positron emitter 64CuII, residues of its origin from enriched 64Ni and the decay products 64NiII and 64ZnII, efficiently restore the fluorescence of the ligand. This allows for monitoring of the emitted radiation as well as the fluorescence signal. The stability of the 64CuII–3 complex is investigated by transmetalation experiments with ZnII and NiII, using fluorescence and radioactivity detection, and the results confirm the high stability of 64CuII–3. In addition, metal complexes of ligand 3 with the lanthanide ions TbIII, EuIII, and NdIII are shown to exhibit emission of the BODIPY ligand and the lanthanide ion, thus enabling dual emission detection.
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.
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.
Welche Themen und Fragestellungen haben den Fachbeirat der BAM, seine Arbeitsgruppen und die BAM seit der letzten Fachtagung in Leipzig beschäftigt?
Die Richtlinie Fremdprüfer und deren Anlagen wurden entsprechend der aktuellen Anforderungen angepasst. Die einzelnen Punkte wollen wir vorstellen. Im Zusammenhang mit Geotextilien zum Filtern und Trennen und Kunststoff Dränelementen wurden zwei Themen bearbeitet: (1) 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. (2) Die Langzeiteigenschaften von polyolefinen Geokunststoffen sind maßgeblich von den eingesetzten Stabilisatoren abhängig. Wie kann hier eine Überwachung während der Produktion der Geokunststoffe implementiert werden, wenn die Rezepturbestandteile der Produkte sensible Firmengeheimnisse der Rohstoffhersteller sind? Hier musste eine Lösung erarbeitet werden. Über die Ergebnisse soll berichtet werden.
Wir möchten weiterhin über Entwicklungen in Zusammenhang mit Kunststoffdichtungs-bahnen (KDB) berichten. 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 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. Darüber haben wir bereits im letzten Jahr berichten. Das Untersuchungsprogramm wurde abgeschlossen. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen werden nun vorgestellt.
Der Zugversuch ist ein wichtiges Prüfverfahren für die Qualitätssicherung von Kunststoffdichtungsbahnen, die in der Geotechnik (Deponiebau, Tunnelbau usw.) verwendet werden. Für die Vergleichbarkeit und Beurteilung der Ergebnisse ist ein standardisiertes Verfahren erforderlich. Da sich Kunststoffe durch ihr ausgeprägtes viskoelastisches Verformungsverhalten von anderen Baumaterialien unterscheiden, werden die ermittelten Kennwerte sowie deren Bedeutung und Verwendbarkeit für die Praxis diskutiert. Die Einsatzmöglichkeiten und -grenzen von Extensometern werden erläutert. Am Beispiel des Zugversuchs werden zudem die Schwierigkeiten bei der Normungsarbeit aufgezeigt: Angefangen vom Einfluss unterschiedlicher Normungsorganisationen und -komitees sowie der Hersteller auf den Entstehungsprozess der Normen bis hin zu Übersetzungsfehlern. Dabei zeigt sich, dass es durchaus sinnvoll sein kann, für bestimmte Arten von Produkten, wie z. B. PEHD-Dichtungsbahnen, eine eigene Norm zu erarbeiten.
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.
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.
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.
Geomembranes used in basal liner systems of landfills must not be damaged by the coarse gravel of the standard drainage layer. Therefore, the geomembrane must be protected against mechanical damage and strain by means of a suitable protective layer. The main requirements for this protective layer as well as the long-term durability of the mineral and geotextile components are compiled in the guideline recently released by German authorities. An overview is given on the existing types of protective layer systems with the state-of-the-art testing, the requirements and selected results of related research programs.
Geosynthetic clay liners (GCLs) often have a sandwich-like multilayer structure, e.g. bentonite encased between two geotextile layers connected by fibers or yarns, either by needle-punching or stitch-bonding. Therefore, the internal shear strength of the GCL depends on the strength of reinforcing fiber bundles or yarns and their anchoring strength in the cover and carrier geotextiles. When used on long and steep slopes and covered with thick soil layers, the GCL is permanently exposed to a combined action of compressive and shear stress. Such load conditions are characteristic for landfill covers and the slope stability of the overall cover system in the long run strongly depends on the long-term internal shear strength of the GCL. A new test method was developed to study this long-term shear behavior. The focus was not only on creep, as it is normally done, but on aging effects. The shear test devices allow the measurement of creep curves and times-to-failure at elevated temperatures in different media (tap water and de-ionized water). In this publication, the main findings of the experiments on needle-punched GCLs with and without thermal treatment are summarized. Tap water as a test medium was essential to ensure sodium to calcium ion exchange in the bentonite layer. Under this condition extremely long test durations without failure were achieved. Sliding failure occurred when de-ionized water was used. Two failure modes were observed: brittle failure of the GCLs with thermal treatment and slow disentanglement of fiber bundles for untreated GCLs. Short-term shear strength (e.g. peel strength) is unrelated to the actual long-term shear strength, i.e. to the times-to-failure achieved in long-term shear strength test. Hence, short-term shear strength alone will not provide reliable dimensioning data for product design and choice of resins. Therefore, the often suggested approach, namely, restriction to short-term tests only and application of factors of safety, is challenged by these results.
In einem von der Firma GSE Lining Technology GmbH geförderten F+E-Vorhaben wurde die Langzeitscherfestigkeit und die Oxidationsstabilität von deren strukturierten PE-HD- Dichtungsbahnen untersucht. Bei diesen strukturierten Dichtungsbahnen wird das Strukturmaterial in einem eigenen Arbeitsgang aufgebracht. Das PE-HD-Material der Grundbahn war in allen Fällen Vestolen A 3512 R. Für das Strukturmaterial wurden die PE- LLD-Werkstoffe Ladene 118 N mit zwei Rußbatches (Proben 229/1 und 229/2) und Dowlex 2045 E mit zwei Rußbatches (Proben 229/3 und 229/4) verwendet. Die Langzeitscherfestigkeit wurde in Zeitstand-Scherversuchen in Wasser bei 80 °C getestet und dabei auch die Veränderung der OIT Werte von Grundbahn und Strukturmaterial gemessen. Die Oxidationsstabilität des Strukturmaterials im Vergleich zur Grundbahn wurde in Autoklavenversuchen an Proben im Wasserbad unter einem Sauerstoffdruck von 20 bar und 80°C geprüft. Nach der Immersion wurde die Veränderung der Reibungsparameter in Scherkastenversuchen ermittelt.
Designing the performance of geogrids in reinforce soil constructions usually does not consider long-term behavior and possible failure modes of junctions between longitudinal and transverse ribs. How could behavior of junctions be included? To which extend is it necessary? On the conference Geo-Chicago 2016, Swan and Yuan presented an ultimate limit state equation for the short-term material resistance of junctions. We discuss limitations and suggest improvements to include long-term behavior of junctions. Nevertheless, the approach applies only to a specific mode of shear-tensile failure of junctions and only to strictly rigid geogrids. A new design concept presented in the same year by Jacobs on the conference GeoAmerica for the special case of the anchorage of geogrids, which reinforce capping system on long and steep slopes of landfills, tried to overcome these drawbacks. We discuss the aspects of this concept related to the long-term behavior
of junctions and the interplay between the load applied to junctions and the flexibility of longitudinal ribs. This interplay and the long-term junction strength determine the long-term behavior of geogrids.
Bei den von der Bundesanstalt für Materialforschung und ‐prüfung (BAM) zugelassenen Kunststoff‐Dränelementen sind drei verschiedene Varianten von überlappenden Querstößen nach den Einbauanleitungen zulässig. Das Wasserableitvermögen innerhalb dieser Querstöße wurde vom SKZ – Das Kunststoffzentrum und von der KIWA Deutschland GmbH in Abstimmung mit der BAM gemessen. Dabei zeigte sich bei den gewählten Prüfbedingungen (einem hydraulischer Gradienten i = 1, Auflasten von 20 und 50 kPa sowie den Bettungen hart/weich und weich/weich) praktisch keine Verringerung gegenüber dem Wasserableitvermögen im Kunststoff‐Dränelement selbst. Eine solche war insbesondere dann nicht zu beobachten, wenn die Dränkerne im Überlappungsbereich direkt aufeinandergelegt wurden (Variante A). Werden die Kunststoff‐Dränelemente als Ganzes entweder dachschindelartig hinsichtlich der Strömungsrichtung (Variante B) oder in einer gerade umgekehrten Anordnung (Variante C) übereinandergelegt, so genügt dabei eine Überlappungslänge von 20 cm, damit ausreichend Wasser durch die zwischen den Dränkernen liegende Trennschicht aus Filter‐ und Trägergeotextil strömt. Der bisher in der GDA‐Empfehlung E2‐20 für die Bemessung angesetzte Abminderungsfaktor von 1,2 für Querstöße kann daher für die hier untersuchten, zugelassenen Produkte bei einer genügend großen Überlappung entfallen. Entsprechende Hinweise werden zukünftig in den Zulassungsscheinen gegeben.
Vor 30 Jahren wurde die erste BAM-Zulassung für ein Geokunststoffprodukt in der Deponietechnik ausgestellt. Seither wurden immer wieder eigene wissenschaftliche Untersuchungen durchgeführt, neue Forschungsergebnisse herangezogen und die Prüftechnik weiterentwickelt, um die Eignung und Funktionsdauer von Kunststoffdichtungsbahnen, Schutzschichten, Kunststoff-Dränelementen, geotextilen Filtern oder Bewehrungsgittern beurteilen zu können. Einige dieser Entwicklungen werden hier diskutiert.
An approach to achieve 'zero leakage' is discussed with respect to 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 1970s and 1980s. Using a thick, high-quality high-density Polyethylene (HDPE) geomembrane (GM) that is installed free of residual waves and wrinkles in intimate contact with a compacted clay liner or geosynthetic clay liner of very low permeability, by a qualified, experienced, well-equipped and properly third-party-controlled installer, and which is protected by heavy protection layers designed with respect to the long-term performance of the GM may result in a liner or capping system of practically no leakage. This is demonstrated by analysing results of measurements obtained from permanently installed leak-detection Systems in combination with HDPE GMs. The survey was based on 32 German landfills with 1.276.500 m² of installed GMs.
Core–shell nanoparticles (CSNPs) have become indispensable in various industrial applications. However, their real internal structure usually deviates from an ideal core–shell structure. To control how the particles perform with regard to their specific applications, characterization techniques are required that can distinguish an ideal from a nonideal morphology. In this work, we investigated poly(tetrafluoroethylene)–poly(methyl methacrylate) (PTFE–PMMA) and poly(tetrafluoroethylene)–polystyrene (PTFE–PS) polymer CSNPs with a constant core diameter (45 nm) but varying shell thicknesses (4–50 nm). As confirmed by transmission scanning electron microscopy (T-SEM), the shell completely covers the core for the PTFE–PMMA nanoparticles, while the encapsulation of the core by the shell material is incomplete for the PTFE–PS nanoparticles. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was applied to determine the shell thickness of the nanoparticles. The software SESSA v2.0 was used to analyze the intensities of the elastic peaks, and the QUASES software package was employed to evaluate the shape of the inelastic background in the XPS survey spectra. For the first time, nanoparticle shell thicknesses are presented, which are exclusively based on the analysis of the XPS inelastic background. Furthermore, principal component analysis (PCA)-assisted time-of-flight secondary-ion mass spectrometry (ToF-SIMS) of the PTFE–PS nanoparticle sample set revealed a systematic variation among the samples and, thus, confirmed the incomplete encapsulation of the core by the shell material. As opposed to that, no variation is observed in the PCA score plots of the PTFE–PMMA nanoparticle sample set. Consequently, the complete coverage of the core by the shell material is proved by ToF-SIMS with a certainty that cannot be achieved by XPS and T-SEM.
This is a corrigendum to the original article "Determining the thickness and completeness of the shell of polymer core-shell nanoparticles by X-ray photoelectron spectroscopy, secondary ion mass spectrometry, and transmission scanning electron microscopy" that was published in "The journal of physical chemistry C", vol. 123 (2019), no. 49 pp. 29765-29775.
Accurate and reproducible measurement of the structure and properties of high-value nanoparticles is extremely important for their commercialization. A significant proportion of engineered nanoparticle systems consist of some form of nominally core-shell structure, whether by design or unintentionally. Often, these do not form an ideal core-shell structure, with typical deviations including polydispersity of the core or shell, uneven or incomplete shells, noncentral cores, and others. Such systems may be created with or without intent, and in either case an understanding of the conditions for formation of such particles is desirable. Precise determination of the structure, composition, size, and shell thickness of such particles can prove challenging without the use of a suitable range of characterization techniques. Here, the authors present two such polymer core-shell nanoparticle systems, consisting of polytetrafluoroethylene cores coated with a range of thicknesses of either polymethylmethacrylate or polystyrene. By consideration of surface energy, it is shown that these particles are expected to possess distinctly differing coating structures, with the polystyrene coating being incomplete. A comprehensive characterization of these systems is demonstrated, using a selection of complementary techniques including scanning electron microscopy, scanning transmission electron microscopy, thermogravimetric analysis, dynamic light scattering, differential centrifugal sedimentation, and X-ray photoelectron spectroscopy. By combining the results provided by these techniques, it is possible to achieve superior characterization and understanding of the particle structure than could be obtained by considering results separately.
The fluorolytic sol–gel synthesis is applied with the intention to obtain two different types of core–shell nanoparticles, namely, SrF2–CaF2 and CaF2–SrF2. In two separate fluorination steps for core and shell formation, the corresponding metal lactates are reacted with anhydrous HF in ethylene glycol. Scanning transmission electron microscopy (STEM) and dynamic light scattering (DLS) confirm the formation of particles with mean dimensions between 6.4 and 11.5 nm. The overall chemical composition of the particles during the different reaction steps is monitored by quantitative Al Kα excitation X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Here, the formation of stoichiometric metal fluorides (MF2) is confirmed, both for the core and the final core–shell particles. Furthermore, an in-depth analysis by synchrotron radiation XPS (SR-XPS) with tunable excitation energy is performed to confirm the core–Shell character of the nanoparticles. Additionally, Ca2p/Sr3d XPS intensity ratio in-Depth profiles are simulated using the software Simulation of Electron Spectra for Surface Analysis (SESSA). In principle, core–shell like particle morphologies are formed but without a sharp interface between calcium and strontium containing phases.
Surprisingly, the in-depth chemical distribution of the two types of nanoparticles is equal within the error of the experiment. Both comprise a SrF2-rich core domain and CaF2-rich shell domain with an intermixing zone between them. Consequently, the internal morphology of the final nanoparticles seems to be independent from the synthesis chronology.