Tragverhalten von Geotextilsäcken bei Ankern im Lawinen- und Steinschlagverbau - FH Graubünden

Geotextilsäcke werden bei Ankerarbeiten im Lawinen- und Steinschlagverbau eingesetzt, um die Mörtelverluste in porösen und klüftigen Böden zu senken. Die Praxis zeigt, dass ihr Tragverhalten bzw. ihre Tragfähigkeit stark variiert. Im vorliegenden Projekt werden marktübliche und neuentwickelte Geotextilsäcke geprüft und verglichen.

Ungespannte, gebohrte Anker haben sich im Lawinen- und Steinschlagverbau als Standardfundationsmethode durchgesetzt. Der Ankerstab wird normalerweise zusammen mit einem Injektionsrohr in ein verrohrt oder unverrohrt gebohrtes Loch eingeschoben. Das Bohrloch wird anschliessend vom Bohrloch-Ende her mit Ankermörtel verfüllt. In dicht gelagerten Kiessanden oder nicht klüftigem Fels gibt es dabei kaum Mörtelverluste. In zerklüftetem Fels oder in stark durchlässigen Böden, beispielsweise Geröllhalden, kann der Mörtel seitlich wegfliessen und es entstehen sehr grosse Mörtelverluste, die ein Mehrfaches des theoretischen Bohrlochvolumens ausmachen können. Es wurde schon früh versucht, Anker in Strümpfe oder Säcke einzupacken, um die Mörtelverluste einzudämmen. Für unsere Feld- und Laborversuche verwendeten wir die in der Schweiz am weitesten verbreiteten und angewendeten Produkte. Die Resultate der einzelnen Geotextilsäcke unterscheiden sich stark voneinander. Aus der Baupraxis ist bekannt, dass sich Anker in Geotextilsäcken in gleichen Böden oft völlig anders verhalten: Neben Ankern mit befriedigender Traglast beobachtet man solche, die bei einem Bruchteil der Soll-Last versagen. Bisher gab es für dieses Verhalten keine befriedigende Erklärung. Als Problembereich kam einerseits die Verzahnung der Säcke mit dem umgebenden Boden in Frage (Porosität der Säcke) und andererseits die Ausbreitung der Säcke in Klüften und Kavernen (Elastizität des Sackgewebes). Möglicherweise könnte auch das Zusammenspiel von Mörtel und Geotextil von Bedeutung sein.

Ziel dieses Forschungsprojekts war es, diese Problematik zu analysieren und das Tragverhalten von Ankern in Geotextilsäcken zu verbessern. Am Ende des Projekts entstand ein Merkblatt des Bundesamts für Umwelt, welche die Materialseite, die Einsatzgebiete und den Einbau von Geotextilsäcken bei Ankern erläutert.

Die Basis für das Projekt bildete eine umfangreiche Literaturstudie. Dabei wurde die Verwendung von Geotextilsäcken in der Ankertechnik in Märkten ausserhalb der Schweiz untersucht und mögliche vorhandene Forschungsergebnisse analysiert.

Der Projektpartner (tur GmbH) haben in den vergangenen Jahren bereits zahlreiche Geotextilsäcke verbaut und geprüft. Aus der Auswertung dieser vorhandenen Prüfprotokolle konnten wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden. Eine weitere Ergänzung hierzu stellten Laborversuche dar. Hier konnten die am Markt bestehenden sowie denkbare neue Materialien analysiert und Erkenntnisse über deren mechanische Belastbarkeit erlangt werden. In Abstimmung mit den Ergebnissen der Feldversuche wurden weitere Versuche durchgeführt, die für die notwendige Charakterisierung der Materialien über Laborkennwerte hin zu Zulassungskriterien für Materialien relevant waren.

Die Materialien, welche aufgrund von Vorversuchen, Marktanalysen sowie der Literaturstudie in Frage kamen, wurden in einem Feldversuch mit Ankern eingebaut und auf ihre Auszugsfestigkeit geprüft. Dabei wurden der Kraftaufwand und die Verformung der Anker gemessen. Des Weiteren wurde auch der Mörtelverbrauch pro Anker ermittelt, sodass alle relevanten Parameter zwischen den verschiedenen Produkten verglichen werden konnten.

Total wurden 36 Anker in einem Feldversuch abgeteuft und mithilfe einer Ankerzugmaschine gezogen. Einige davon wurden zur weiteren Untersuchung auch wieder ausgegraben. Im Labor führten diverse Untersuchungen zu neuen Erkenntnissen. Insgesamt zeigten die Ergebnisse, dass einige der angebotenen Geotextilsäcke sich gut für deren Einsatz in der Ankertechnik eignen, dass die meisten Produkte aber gänzlich ungeeignet sind und niemals zur Anwendung kommen sollten. Bei denjenigen Geotextilsäcken, welche zur Anwendung empfohlen werden können, ist die Kombination mit dem entsprechenden Ankermörtel zu beachten. Das Zusammenspiel der charakteristischen Öffnungsweite des Geotextilsackes und des Grösstkorns des Mörtels ist entscheidend für den Erfolg des Einbaus. Alle Resultate wurden einerseits in einem ausführlichen Bericht erläutert und andererseits in konzentrierter Form als Merkblatt zusammengefasst.

Projektleiter im Partnerunternehmen tur GmbH ist:

• Reto Störi

Beteiligte

Das Projekt wird durch das Institut für Bauen im alpinen Raum (IBAR) in Kooperation mit der tur GmbH umgesetzt. Die Auftraggebenden sind die Expertenkommission Lawinen und Steinschlag – EKLS des Bundesamts für Umwelt, die Kantone Bern, Tessin, Wallis und Graubünden sowie die Schweizerischen Bundesbahnen (SBB).

Des Weiteren arbeitet Michel Heimgartner am Projekt mit.