Untersuchungen zur Durchsickerung von RC-Baustoffen und industriellen Nebenprodukten bei Bauweisen für technische Sicherungsmaßnahmen

Investigation of the seepage flow in embankments with technical safeguards built of recycled materials and industrial by-products

  • Mithilfe von Simulationsberechnungen wurde der Wasserhaushalt von Straßendämmen, die mit technischen Sicherungsmaßnahmen gemäß der Bauweise E nach MTSE (2009) und ohne technische Sicherungsmaßnahmen errichtet werden, untersucht. Bei den zu sichernden Baustoffen wurden dabei sowohl Böden als auch Ersatzbaustoffe (RC-Materialien und industrielle Nebenprodukte) betrachtet. Außerdem wurde im Rahmen der Simulationsberechnungen durch gezielte Parametervariationen herausgearbeitet, wie unterschiedliche Materialien für das Bankett den Wasserhaushalt von Straßendämmen beeinflussen. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass die Verwendung einer Dränschicht oberhalb des Kernmaterials auch bei durchlässigen Kernmaterialien zu einer signifikanten Reduktion des Sickerwassers aus dem Kern führt. So beträgt der Kernabfluss bei den Materialien mit einem gesättigten Durchlässigkeitsbeiwert k ≥ 1 • 10-8 m/s abgesehen von einer Berechnung mit einer Stahlwerksschlacke zwischen 3,6 % und 10,8 % des Niederschlags. Bei den Modellen ohne Dränschicht dagegen wurden rechnerisch Sickerwassermengen zwischen 29 % und 39 % ermittelt, solange der Durchlässigkeitsbeiwert des Kernmaterials k ≥ 1 • 10-8 m/s ist. Erst bei einem Durchlässigkeitsbeiwert k ≤ 1 • 10-8 m/s nimmt die Sickerwassermenge aus dem Kern deutlich ab. Die Berechnung mit dem organischen Ton als Kernmaterial (OT) ergab aufgrund des sehr geringen gesättigten Durchlässigkeitsbeiwertes (ksat = 1 • 10-8 m/s) des Tones erwartungsgemäß eine sehr geringe Durchsickerung des Kerns und bestätigt damit die Eignung der Bauweise E nach MTSE zur Minimierung der Durchsickerung von Böden bzw. Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen. Mit zunehmendem gesättigten Durchlässigkeitsbeiwert des Kernmaterials nimmt die Durchsickerung des Kerns aber nicht in gleicher Weise zu. Die Wirksamkeit der Dränschicht und der sich ergebende Kernabfluss werden dagegen maßgeblich von der hydraulischen Leitfähigkeit des Kernmaterials im ungesättigten Zustand beeinflusst.
  • Soils and recycled materials with environmentally relevant constituents can be used for earth works if specified contaminant concentrations are not exceeded and if technical safeguards are considered in the design. Technical safeguards are necessary for reasons of soil and groundwater protection. The German Association for Research on Road Construction and Traffic Affairs (FGSV) developed various construction methods for the use of such materials (MTSE, 2018). The design principle of such earth structures is to minimize the seepage water from the soils or recycled materials with environmentally relevant constituents. Within the scope of the research project FE 05.192 numerical simulations were carried out to analyze the water balance of road embankments, which are constructed with technical safeguards according to the construction method E of the recommendation MTSE (2018) and others which are constructed in the common way without technical safeguards. The building materials considered included both soils and recycled materials/industrial by-products. Within the scope of the research project additional simulations were carried out to study how different materials for the road shoulder influence the water balance of road embankments. The calculation results show that the use of a drainage layer above the core material leads to a significant reduction of the seepage water from the core even in case of high permeable core materials. For materials with a saturated permeability coefficient k ≥ 1 • 10-8 m/s the calculated core outflow is in most cases between 3.6 % and 10.8 % of the precipitation, if a drainage layer is assumed between the core and topsoil. In the models without drainage layer, on the other hand, seepage water quantities between 29 % and 39 % were calculated, as long as the permeability coefficient of the core material k is larger than 1 • 10-8 m/s. For the models without a drainage layer a significant decrease of the seepage water quantity is noticable only if the coefficient of permeability of the core material is smaller than 1 • 10-8 m/s. The calculation with the organic clay as core material (OT) gave, as expected, a very low seepage quantity from the core due its very low saturated permeability coefficient (ksat = 1 • 10-8 m/s). This confirms the suitability of construction method E according to MTSE for minimising the seepage water rate from soils or recycled materials with environmentally relevant constituents. In addition, the calculations show that the seepage water quantity for materials with a permeability coefficient k ≥ 1 • 10-8 m/s is not directly dependent on the saturated k-value of the core material, but is rather dependent on the hydraulic conductivity of the core material in the unsaturated state.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Andromachi Koukoulidou, Emanuel Birle, Roberto Cudmani
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-24967
ISBN:978-3-95606-565-1
ISSN:0943-9323
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe S: Straßenbau (S 149)
Publisher:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Place of publication:Bremen
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2021/04/09
Date of first publication:2021/04/09
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Release Date:2021/04/09
Tag:Baustoff; Sickerwasser; Straßendamm
Leachate; Materials; Road embankment
Number of pages:60
Comment:
Bericht zum Forschungsprojekt 05.0192
Untersuchungen zur Durchsickerung von RC-Baustoffen
und industriellen Nebenprodukten bei Bauweisen für
technische Sicherungsmaßnahmen
Institutes:Abteilung Straßenbautechnik
Licence (German):License LogoBASt

$Rev: 13581 $