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Richtlinie für die Zulassung von Geotextilien zum Filtern und Trennen für Deponieabdichtungen
(2010)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.