Moritz Heine zur Standsicherheit eines Oberflächenabdichtungssystems für die Deponie Ennigerloh

(Bild: Moritz Heine)

Moritz Heine hat Geoenvironmental Engineering an der TU Clausthal studiert. Durch ein studienbegleitendes Praktikum bei der Firma NAUE GmbH & Co. KG hat sich dort nach Beendigung seines Studiums im Jahr 2017 eine Beschäftigung als Projektingenieur in den Bereichen der Infrastruktur und Umwelttechnik ergeben. Im Vordergrund seiner Arbeit steht dabei die Lösungsfindung und Projektumsetzung unter Zuhilfenahme von Geokunststoffen. Für mehr Infos zu ihm und für die Kontaktaufnahme schaut auf seinem LinkedIn Profil vorbei.

Wie ich zur Geotechnik im Bereich des Umweltingenieurwesens gekommen bin

Bauen mit Konstruktionsspielzeugsystemen wie Lego oder auch der Modellbau – da steckt eigentlich schon viel von dem drin, was mir heute noch Freude macht. Ich erkläre mir dies mit dem beim Bauen auftretenden Gefühl des Schaffens und dem Einstellen eines Verständnisses davon, wie die einzelnen Bauteile zusammen ein Ganzes ergeben. Das gleiche verspüre ich auch heute, wenn ich als Ingenieur zur erfolgreichen Umsetzung eines Projektes beisteuern kann. Am liebsten mit Systemen, die aufeinander abgestimmt sind.

Über einen kurzen Umweg (ein Semester Maschinenbau) bin ich nach dem Abitur auf den für mich persönlich interessanten Studiengang des „Geoenvironmental Engineering“ an der TU Clausthal aufmerksam geworden. Daran anschließend habe ich, ebenfalls an der TU Clausthal, aus einer von vier Vertiefungsrichtungen, im Masterstudium die Geotechnik gewählt und mich in meiner Abschlussarbeit mit dem Konzept „Deponie auf Deponie“ und den daraus resultierenden Folgen befasst. Die bestehenden Basisabdichtungssysteme werden durch die neuen, sehr hohen Spannungen und Verformungen des Alt- und Neudeponiekörpers stark beansprucht.

Über ein während der Studienzeit stattfindendes Praktikum bei der NAUE GmbH & Co. KG hat sich nach meinem Uniabschluss für mich die Chance ergeben, als Projektingenieur im unternehmensinternen Ingenieurbüro in die Berufswelt einzusteigen und mich von nun an der Geotechnik mit Geokunststoffen zu widmen.   

Im Rahmen meiner Arbeit als Projektingenieur kann ich im Bereich der Geoumwelttechnik und Infrastruktur meinen Interessen an nachhaltigen und dauerhaften Konstruktionen nachgehen, bei denen die Geokunststoff-Systeme gegenüber konventionellen Lösungen einen ökonomischen sowie ökologischen Vorteil bieten.  

Eines dieser Projekte, bei dem ich durch die entsprechende Nachweisführung zu einer erfolgreichen Umsetzung beisteuern konnte, war die Herstellung der endgültigen Oberflächenabdichtung der Deponie Ennigerloh (Ausbauabschnitt IVa). 

Das Projekt – Aufbau und Geometrie des Dichtungssystems

Die Zentraldeponie Ennigerloh befindet sich im Kreis Warendorf und wird von der Abfallwirtschaftsgesellschaft des Kreises Warendorf mbH (AWG) geleitet. Zu dessen Aufgaben gehört nach erfolgreicher Befüllung eines Deponieabschnittes mit Deponiegut die nach technischem Stand regelkonforme Herstellung einer technischen Barriere. Dieses moderne Abdichtungssystem verhindert die ansonsten aufwendige Behandlung von in den Deponiekörper eintretendem Niederschlagswasser. 

Abbildung 1: Herstellung der endgültigen OFD, Ausbauabschnitt IVa (Böschungsbereich und Plateaubereich). (Bild: NAUE GmbH & Co. KG)

Im Zuge der Oberflächenabdichtung der Deponie Ennigerloh (Ausbauabschnitt IVa) sind für die Plateau- und Böschungsbereiche mineralische und geosynthetische Konstruktionen zusammengestellt und aufeinander abgestimmt worden (Abbildung 2).

Abbildung 2: Aufbau des Dichtungssystems, Abschnitt IVa. (Bild: NAUE GmbH & Co. KG)

Das Prinzip der Nachweisführung für die Systemlösung

Oberflächenabdichtungen von Abfalldeponien sollen über sehr lange Zeiträume die Infiltration von Niederschlagswasser in den Abfallkörper und/oder den Austritt von Deponiegas aus dem Abfallkörper kontrollieren. Auf geneigten Flächen und an steilen Böschungen ist das Schichtsystem permanent auf Schub beansprucht und muss die Lasten über Reibung an den Untergrund weitergeben. Das Prinzip kann mit dem Anfahren eines Schlittens an einem schneebedeckten, steilen Hang verglichen werden. Erst, nachdem sich kräftig abgestoßen wurde, fängt der Schlitten an richtig Fahrt aufzunehmen. Das häufig anstrengende Anfahren, welches man als Kind nicht mag, muss in Analogie zum Dichtungssystem verhindert werden. Das Anfahren des Schlittens kommt in diesem Fall dem Rutschen der Dichtung gleich. Für das Dichtungssystem aus Geokunststoffen muss gewährleistet werden, dass die an der Oberseite auftretenden Schubkräfte aus dem Eigengewicht der Schutz- und Entwässerungsschicht oder aus Lasten im Bauzustand mit der geforderten Sicherheit über Reibung zwischen den Komponenten in den Untergrund abgetragen werden können. Die in den Schichtgrenzen zwischen den verschiedenen Geokunststoffen und zwischen den Geokunststoffen und Erdstoffen wirksamen Reibungskräfte werden auf der physikalischen Grundlage des Reibungsgesetzes von Coulomb bestimmt. Danach ist die Reibungskraft in der Ebene der Schichtgrenze proportional zu der Normalkraft, mit der die beiden Schichten gegeneinandergedrückt werden. Der Proportionalitätsfaktor μ = tan δ heißt Reibungszahl oder Reibungskoeffizient.

Der Kontaktreibungswinkel δ hängt dabei von den Materialien und deren Oberflächenbeschaffenheit ab. Beim Nachweis sind, entsprechend der für den Grenzzustand gültigen Annahmen, die Hangabwärtskräfte den Reibungskräften in den Schichtgrenzen gegenüberzustellen. Aus der Gegenüberstellung ergibt sich für die ungünstigsten Randbedingungen der Auslastungsgrad µ und es gilt:

Schlussfolgerungen aus der Nachweisführung

Für den Fall, dass die Summe der Hangabtriebskräfte die Summe der Reibungskräfte nicht übersteigt, kann das System als standsicher betrachtet werden und ein ausreichender Abtrag der hangabwärts gerichteten Komponenten über Reibung wird ermöglicht. Sollte die Nachweisführung keine Standsicherheit aufzeigen, so sind je nach Lokalisierung der schwächsten Scherfuge weitere Maßnahmen zu treffen:

  • Abflachung der Böschung mit dem gleichzeitigen Verlust von Deponievolumen
  • Einsatz eines kontaktreibungsfreudigeren Mineralstoffs, falls die kritischen Scherfuge im Bereich mineralische Schicht vs. Geokunststoff lokalisiert wird
  • Verbesserung des Geokunststoffsystems, falls die kritische Scherfuge im System lokalisiert wird
  • Einsatz einer böschungsparallel angeordneten Geogitterbewehrung zum Abtrag der Defizitkräfte, welche nicht durch Reibung in den Untergrund eingeleitet werden können

Im Fall der Deponie Ennigerloh konnte die Nachweisführung für das Dichtungssystem mit allen Systemkomponenten erbracht werden, sodass einer baulichen Umsetzung mit den für den Bau geplanten Geokunststoffen und Bodenstoffen nichts mehr im Wege stand. Die nachfolgende Abbildung 3 zeigt den Einbau der einzelnen Dichtungssystemkomponenten vor Überdeckung mit dem Rekultivierungsboden im Bereich der Böschungsflächen. 

Abbildung 3: Einbau der einzelnen Dichtungskomponenten vor Überdeckung mit dem Reku-Boden, Deponie Ennigerloh (Abschnitt IVa). (Bild: Moritz Heine)

 

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