Einordnung der Geotextilien:
Geotextilien - Definition:
Unter Geotextilien werden textile, aus Fasern aufgebaute Stoffe, die für Arbeiten im Tiefbau zum Trennen, Filtrieren, Drainieren und Verstärken/Armieren verwendet werden, verstanden (Definition Geotextil-Handbuch, S 1.7)
Geotextilien sind Dichtungsbahnen (Folien), Gewirke (Geogitter) oder aus Fasern hergestellte wasser- und luftdurchlässige Vliesstoffe, Gewebe oder Verbundstoffe für den Erd- und Wasserbau
Diese beiden Definitionen schaffen eine klare Abgrenzung zu den Produkten des textilen Bauens wie Zelte, Hallen, Sonnen- und Wetterschutz, die Inhalt des zweiten Teils der Vorlesung sind.
Der weltweite Verbrauch an Geotextilien lag 2010 bei fast 500.000 t/a
Geotextilien - Funktion & Aufbau des Textils:
Mechanische Funktion
Geotextilien trennen Bodenschichten unterschiedlicher Korngrößen. Dabei verhindern sie eine Durchmischung der einzelnen Fraktionen.
Vliesstoffe, Gewebe, Wirkwaren: Ein wichtiges Kriterium ist die erwünschte oder geforderte Dehnbarkeit.
Armierungsgewebe, die Kräfte auf den Boden übertragen, sind dehnsteife Gewebe oder Geogitter.
Hydraulische Funktion
Die filternde Wirkung von Geotextilien beschränkt sich nicht nur auf die Trennung unterschiedlich gekörnter Bodenschichten, sondern auch auf den leichten Wasserdurchgang ohne Druck.
Der Wasserdurchgang kann quer (Filtration) oder innerhalb des Textils (Drainieren) erfolgen.
Geotextilien - Aufgaben von Geotextilien:
• Geotextilien eignen sich zum mechanischen Trennen [2,6], zum Armieren [1,4] und zum hydraulischen Filtern [3] von zwei Böden mit unterschiedlichem Kornaufbau. Sie können auch gegebenenfalls in der Ebene Wasser abführen (Drainieren) [5]
Filtern
Als Filter halten Geotextilien Bodenbestandteile oder andere Partikel zurück, während der Durchfluss von Flüssigkeiten senkrecht zur Filterebene ermöglicht wird.
Trennen
Als Trennschicht verhindern Geotextilien die Vermischung benachbarter Bodenarten oder Füllmaterialien untereinander. Zur Anwendung kommen Vliesstoffe, Gewebe und Verbundstoffe aus synthetischen Polymeren.
Schützen
Kunststoffdichtungsbahnen, beschichtete Bauteile, aber auch andere Bauwerksteile müssen vor mechanischen
Beschädigungen geschützt werden.
Bewehren
Bewehren heißt, unter oder zwischen Bodenschichten Geokunststoffe zur Aufnahme von Zugkräften einzubauen, um die mechanischen Eigenschaften von Bodenschichten zu verbessern.
Dränen
Dränen ist die flächige Fassung von Niederschlag, Grundwasser und anderen Flüssigkeiten oder Gasen und die Ableitung in der Ebene des Dränsystems.
Dichten
Die Dichtung ist von wesentlicher Bedeutung im Hinblick auf den Umwelt- und Grundwasserschutz für die Gebrauchsfähigkeit und die Lebensdauer von Bauwerken.
Standardprüfungen für Geotextilien - Prüfablauf:
• Prüfablauf:
Bodenprüfungen: bodenphysikalisch bodenchemisch
Laborprüfungen am Geotextil: Prüfungen am frei gehaltenen oder zwischen starren Platten gelagertem Geotextil
Laborprüfungen am Boden: Indexprüfungen mit Standard-Boden Prüfungen mit Boden gemäß Baubedingungen
Modellversuch im Labor Boden- oder Feld: großmaßstäbliche Prüfung am System Geotextil gemäß Baubedingungen
• Die Prüfverfahren richten sich nach den geplanten Einsatz-Bedingungen bzw. nach den Aufgaben, die zu erfüllen sind.
Standardprüfungen für Geotextilien - Kenngrößen von Geotextilien bei der Aufgabe des Trennens:
Standardprüfungen für Geotextilien - Kenngrößen von Geotextilien bei der Aufgabe des Filterns:
Standardprüfungen für Geotextilien - Kenngrößen von Geotextilien bei der Aufgabe des Drainierens:
Standardprüfungen für Geotextilien - Kenngrößen von Geotextilien bei der Aufgabe des Armierens:
Geotextilien im Straßenbau:
- Vliesstoffe dienen als Filter und Drainage bei der Entwässerung des Straßenunterbaus oder als Trennschicht zwischen den Tragschichten und dem Untergrund. Hochfeste Geogitter und Gewebe bewehren und stabilisieren die Tragschichten und erhöhen deren Tragfähigkeit.
- Asphaltarmierungsgitter verhindern oder verzögern Reflexionsrisse im Asphalt. Risse entstehen durch Temperaturschwankungen und verkehrsbedingte Belastungen. Typisch rissempfindliche Bereiche sind z.B. die bei der Straßenverbreiterung entstehenden Längsfugen, sowie Asphaltschichten auf alten Betonplatten (Expansionsfugen) und alte, gerissene Asphaltstraßen. Bei solchen Sanierungsmaßnahmen dürfen die Geotextilien Dehnungen von maximal 2-5% zulassen.
Randbereiche und Bermen entlang der Straße können mit Bentonitmatten abgedichtet werden.
Geotextilien im Straßenbau - Berme:
“Eine Berme ist ein horizontales Stück oder ein Absatz in der Böschung eines Dammes eines Walls, einer Baugrube oder an einem Hang. Sie unterteilt die Böschung in zwei oder mehrere Abschnitte. Eine Berme soll den Erddruck auf den Fuß der Böschung vermindern. Eine Böschung mit steilem Hang und Bermen ist standsicherer als eine durchgehende Böschung ohne Bermen. Ein Böschungsbruch wird so vermieden“.
Geotextilien im Straßenbau - Schematische Wirkungsweise eines Geokunststoffes im Straßenbau:
Geotextilien im Straßen- und Wegebau:
Ein Weg ist eine Naturstraße ohne Belag
Befestigung von temporären Wegen auf weichem, wenig tragfähigem Untergrund, Rückbau nach Beendigung der Bauphase
In der linken Abbildung sieht man die Fahrt eines Braunkohlebaggers von einem Tagebau zum nächsten auf temporären Wegen
Aufbau einer Schüttung oder eines Dammes, Verhinderung der Durch - mischung des Schüttmaterials mit dem Untergrund, Durchlassen von Wasser
Geotextilien im Asphaltstraßenbau:
- Einbau von Verstärkungsgittern in Asphaltschichten
- Asphalt ist der bewährte Baustoff für den Straßenbau sowie für den Bau von Pisten, Start- und Landebahnen. Schäden durch Temperaturschwankungen und verkehrsbedingte Belastungen sind u.a. Reflexionsrisse, die auch in neuen Asphaltschichten auftreten können. Asphaltschichten verfügen über eine nur geringe Zugfestigkeit, die bereits bei kleinen Dehnungen überschritten werden kann. Besonders anspruchsvoll ist die Sanierung von Betonbahnen durch eine aufgelagerte Asphaltschicht
Bsp.: Bitumierte Geogitter aus hochfestem PES mit bitumiertem Vlies
Geotextilien im Eisenbahnbau:
Beim Einbau von Geotextilien als Tragschicht sind die Durchschlagfestigkeit, die Zugfestigkeit und die Dehnfähigkeit des Materials wichtig. Die Durchschlagfestigkeit bestimmt den Widerstand gegen dynamische Belastungen (beim Beschütten des Geotextils), die Zugfestigkeit gewährleistet die notwendige Bewehrung der Kräfte durch das Gewicht des Schüttmaterials und die Verdichtung und die Dehnfähigkeit ist wichtig, um spitze und kantige Steine ohne Beschädigung aufzunehmen.
Ein Geotextil soll die Vermischung verschiedener Bodenarten oder Füllmaterialien vermeiden (Trennschicht). Das geeignete Produkt richtet sich nach den Körnungen der Tragschichtmaterialien und den zu erwartenden Belastungen des Oberbaus. Das Geotextil muss den Einbau und den späteren Betrieb unbeschadet aushalten. Das Dränen ist die flächige Fassung von Regen, aufsteigendes Grundwasser und anderen Flüssigkeiten. Als Filter halten Geotextilien Böden, während der Durchfluss von Flüssigkeiten ermöglicht werden soll.
Geotextilien im Eisenbahnbau - Schüttgut:
Das Schüttgut muss kantig sein, damit die Steine miteinander verkeilen. Siehe auch Problematik Bausand, er muss (scharf-) kantig sein, deshalb gibt es einen globalen Markt für Bausand.
Die Hochhäuser in arabischen Staaten stehen auf importiertem Sand, denn der Sand in der Wüste ist vom Wind rundgeschliffen. Runder Sand würde unter der Last „fließen“ (wegrollen)...
Geotextilien im Eisenbahnbau - Aufgaben:
Aufgaben im Eisenbahnbau sind Filtern, Drainieren, Trennen und Verstärken, aber andere Belastungen als im Straßenbau
• ungedämpfte Lastübertragung
• Wegfall der Radpneumatik
• höhere dynamische Belastung
• Achslasten von Güterzügen 25 t
• Gewicht einer Lokomotive bis 120 t, ein Güterzug wiegt 1000-1500 t
• Schwellen und Schienen sind ein starr miteinander verbundenes System
• Schotterbett übernimmt die Aufgabe der Federung
-> Durch die ständige Belastung kommt es zu einem Verdrängen des Schotters aus dem Gleisbett. Alle 2-3 Jahre ist ein Nacharbeiten, d.h., ein Nachstopfen des Schotters notwendig
Geotextilien im Eisenbahnbau - Grundsätzliche Einbaumöglichkeiten für Geotextilien im Eisenbahnbau:
Geotextilien im Eisenbahnbau - Beispielhafte Sanierung einer Bahnstrecke im Bahnhof von Graz/Österreich:
• Um die destabilisierende Verlagerung des Schotters zu verhindern, wurden Gewebesäcke mit dem Schottermaterial gefüllt, verdichtet und anschließend unter den Schwellen befestigt
• Die Säcke bestanden aus einem PES-Gewebe im Gewicht von 390 g/m2
Geotextilien im Eisenbahnbau -
Beispiel Bahnstrecke Tansania – Sambia, 1860 km; Bauzeit 1967-1976; gebaut von der Volksrepublik China
Geotextilien im Tunnelbau:
Zur Absicherung des Tunnels muss das Eindringen von Wasser in den Beton verhindert werden, damit die Armierung nicht korrodiert
Das anstehende Wasser muss kontrolliert abgeleitet werden, um Vereisungen und Tropfsteine zu verhindern
Bergwasser ist oft Sulfat-haltig, d.h., sauer
Zur Tunnelabdichtung werden häufig Vliesstoffe und Folien gemeinsam verarbeitet
Der Vliesstoff schützt die Folie während der Bauphase und des späteren Gebrauchs
Material der Folien: (PVC); HDPE;LDPE; Ethylen-Copolymer-Bitumen und im Tagebau Bitumen
Bei Tunneln, die in offener Bauweise konstruiert werden, hat das Geotextil die Aufgabe, anfallendes Wasser abzuleiten und die Abdichtung des Tunnels zu schützen
Geotextilien im Tunnelbau - Tunnelabdichtung:
Die Tunnelabdichtung muss
sich den Unebenheiten des Spritzbetons anpassen
beim Betonieren das Volumen halten und dicht bleiben; es kommt durch Pumpbeton zu Druckkräften von 200 kN/m2
Setzrisse überbrücken
verrottungsfest und alterungsbeständig sein
schweißbar sein, selbstverlöschend
sie ist in Kontakt zu Beton und dem chemisch aggressiven Bergwasser
sie darf nicht durch ausfallenden Kalk versintern. Die Löslichkeit von Kalk nimmt ab, wenn
sich die Temperatur erhöht
das Bergwasser unter Druck war und sich entspannt
die Fließgeschwindigkeit des Wassers stark abnimmt
das Bergwasser beim Entspannen mit Luft in Kontakt kommt
Geotextilien im Deponiebau:
Eine Deponie ist ohne Geotextilien oder – Kunststoffe nicht mehr denkbar
Im Deponiebau erfüllen Geokunststoffe die Aufgaben Schützen, Filtern, Trennen
Nach unten muss eine Deponie gegen das Grundwasser abgedichtet werden (Trennmembran)
Niederschlags- und Sickerwasser müssen durch eine Drainageschicht abgeführt werden können
Häufig wird noch ein Zwischenboden eingebaut
Den Abschluss bildet die Deponieabdichtung
Geotextilien im Deponiebau - Dichtungsmatten aus Betonit gefüllten Vliesstoffen:
Mikrobiologische Bodensanierung:
Erfasste Altlastenverdachtflächen in Deutschland: 138.784 (Stand 1995) • Mikrobiologische Bodensanierung mit Hilfe von Omose-Membranen
Anwendungsgebiete sind Böden, die mit organischen Schadstoffen kontaminiert wurden (Benzin, Diesel, Kerosin, Leichtöl)
Mikroorganismen bauen die organischen Substanzen unter optimierten Bedingungen (Nährstoffe, Feuchtigkeit, Sauerstoff, Wärme) ab
Die Osmose-Membran hält Regenwasser ab, sorgt aber für eine gute Belüftung des Mietenkörpers
Anforderungen an die Osmose-Membran sind Langzeitbeständigkeit gegenüber Schadstoffen, UV-Resistenz, Hydrolysebeständigkeit, Luftdurchlässig, Wasserdichtheit, ausreichende Festigkeit gegen Wind und Niederschlag, Mehrfacheinsatz.
Anwendungsbeispiel: Grundwasserschutz Flughafen München II:
Der Flughafen liegt im Wasserschutzgebiet
Grund- und Schmutzwasser müssen getrennt bleiben
Als Schmutzwasser fallen an:
Regenwasser von Start und Landebahnen, dem Rollfeld und den Vorfeldrollflächen
Enteisungsmittel-belastetes Wasser aus der Flächen- und Flugzeugenteisung; Enteisungsmittel ist ein Gemisch aus Glykol und Harnstoff
Das Schmutzwasser wird über eine seitliche Rinne abgefangen und einem Schmelzwasserrückhaltebecken zugeführt.
Neben den Rollbahnen (jeweils 16 km lang und ca. 20 m breit) wurde mit Bentonit-gefüllten Vliesen eine Abdichtung erzielt
Anwendungsbeispiel: Grundwasserschutz in Finnland:
In Finnland werden die meisten Straßen als Damm gebaut
Die seitlichen Böschungen müssen so abgedichtet werden, dass kein auslaufendes Öl oder Chemikalien in Grundwasser eindringen können
Bei einem Unfall sollen die Abdichtungen 12 h Öl und Kraftstoff standhalten
Unterhalb einer Dichtfolie wird zum Schutz ein Vliesstoff eingebracht
Geotextilien im Küstenschutz:
Die Aufgabe von Küstenschutzmaßnahmen ist es, die Erosion der Küstenlinie durch den Seegang zu minimieren und das Landesinnere vor Überflutungen zu schützen. Zu diesem Zweck werden Geokunststoffe in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie z. B. als Filter in Deichen und Dämmen, als Aufstandsfläche unter Wellenbrechern und Buhnen oder durch geotextile Container.
Bei Sturmfluten gelangt die gesamte Seegangs-Energie in die Brandungszone einer Küste und erzeugt Erosion und morphologische Umlagerungen. Künstliche vorgelagerte Riffe aus Sand-gefüllten Containern als Unterwasserwellenbrecher dienen dabei als Schutzmaßnahme, um die Wellenenergie zu reduzieren.
Je nach Erfordernissen können solche Sandcontainer 1 - 250 m3 Füllvolumen haben.
Besonders interessant (und verbilligend) ist die Tatsache, dass die großen Massen, die benötigt werden um das Wasser zu bremsen, durch die Herstellung „textiler Felsen“ geschieht !
Ein textilen Sack wird mit Sand befüllt und erhält dabei die für die Aufgabe notwendigen Eigenschaften eines Felsens, und wir damit zum Wellenbrecher...
Früher wurden dazu große Steine angekarrt...
Geotextilien im Gewässerschutz:
Neubau eines Kanals, der oberhalb der Grundwasserlinie liegt:
Im Gewässerschutz muss man unterscheiden zwischen Fließgewässer, Staugewässer und Deichschutz
Fließgewässer sind Flüsse und Bäche, Staugewässer sind Kanäle, Wehre, Stauseen und Deichschutz ist notwendig bei Kanälen, Flüssen oder im Küstenschutz
Geotextilien im Gewässerschutz - Kolkschutz, Filter, Dichtungen, Wurzelschutzbahn, Erosionsschutz:
Kolkschutz: Bei künstlichen Bauwerken, wie Brückenpfeilern und Sohlschwellen (ähnlich einem Wehr), ist die Gefahr einer Kolkbildung (Ausspülungen) wegen der turbulenten Strömung besonders groß.
Filter, Drainprodukte: Zur Erhöhung der Standsicherheit und zur Reduzierung der Sickerlinie im Lastfall Hochwasser werden Auflastfilter auf der luftseitigen Böschung eines Deiches angeordnet. Hierdurch wird das den Deichkörper durchströmende Wasser im luftseitigen Filterbereich gefasst. Somit wird der Porenwasserdruck entspannt und ein Porenwasserüberdruck verhindert, was letztendlich die Dammstabilität sichert.
Dichtungen: Auf der wasserseitigen Böschung verhindern Geotextilien langandauernde Ausspülungen, die die Standsicherheit des Bauwerkes deutlich einschränken können.
Wurzelschutzbahn: Wurzeln von Buschwerk oder Bäumen können in den luftseitigen Auflastfilter oder in den Deichkörper eindringen. Dadurch kann die Dränleistung des Auflastfilters oder die Dichtigkeit des Deiches gemindert werden.
Erosionsschutz: In steilen Böschungsbereichen entstehen bei Starkregen häufig Erosionsrinnen oder der frisch eingebrachte Grassamen wird weggewaschen.
Geotextilien im Gewässerschutz - Netzkammerdeckwerk:
Geotextilien im Gewässerschutz - Vorteile:
Noch einmal – das bestechend Einfache ist, dass hier mittels „Säcken“ der vor Ort vorhandene Sand für „verformbare“ Steine genutzt wird. Die Masse dieser „Steine“ kann ich genauso nutzen wie die Masse massiver Steine um z.B. die Wellen zu brechen, oder Unterspülungen zu verhindern.
Ich brauche aber nun keine Steine mehr von weit her zu transportieren. Gleichzeitig kann ich noch Ingredienzien beigeben, die zu einer schnellen und sicheren Begrünung führen. Die schnelle Begrünung ist erwünscht weil die Pflanzenwurzeln den Untergrund zusammenhalten und so einer Erosion entgegenwirken.
Geotextilien im Böschungsbau:
Bitte sich einmal vorzustellen, wie das von unten nach oben angelegt wird: - untere Textil-Lage (1) mit Erde (a) belegen - am Hang die Textillage (1) umklappen und auf die Erdschicht (a) legen - neue Lage Textil (2) auflegen
- neue Lage Textil (2) mit Erde (b) belegen – d.h. die neue Lage Erde (b) befestigt durch ihr Gewicht die umgeklappte Textillage (1)
- am Hang die Textillage (2) umklappen und auf die Erdschicht (b) legen - neue Lage Textil (3) auflegen - neue Lage Textil (3) mit Erde (c) belegen – d.h. die neue Lage Erde (c) befestigt
durch ihr Gewicht die umgeklappte Textillage (2) usw. etc. ..., d.h. man nutzt die senkrecht wirkende Erdanziehungskraft und die Masse der Erdschichten selbst um steile, sichere Hänge zu konstruieren. Jetzt muss natürlich dafür gesorgt werden, dass die Textilien auch möglichst lange halten !
Geotextilien im Böschungsbau - Schematischer Aufbau von Böschungsbewehrungen:
Geotextilien im Böschungsbau - Anwendungen:
Textiles Bauen/UV-Schutztextilien - Marktchancen:
Ein wesentlicher Wachstumssektor für textile Konstruktionen dürfte der Freizeitbereich sein, da Freizeitaktivitäten witterungs- und jahreszeitunabhängig sein sollen.
Gebrauchszeiträume für textile Bauwerke sind üblicherweise 20-50 Jahre. Dies gilt nicht für den Freizeitsektor, in dem man von 5-7 Jahren als Nutzungsdauer spricht.
Freizeitanlagen sollen leicht, farbig und von der Formgestaltung her ausgefallen sein, um eine Erlebnisarchitektur darzustellen. Sie sollen innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes von wenigen Wochen oder sogar Tagen zu realisieren sein.
Sie sollen umweltverträglich und nachhaltig (Ressourcen schonend) sein. Keine andere Form der Architektur schafft mit so minimalem Einsatz an Werkstoffen und Energie so maximale Funktionen, so maximale Spannweiten
Textile Membranen lassen Licht durch
Gliederung textiles Bauen:
Textiles Bauen - Historischer Überblick:
Textile Bauten begleiten den Menschen seit der Urzeit. Sie haben sich in Regionen des Nomadentums bis heute erhalten.
Im Bild oben sieht man ein transportables Zelt der Nganasan aus Sibirien, die auf der Halbinsel Taymyr leben. Die „Membrane“ besteht aus Rentierhäuten.
Im Bild unten ist das Gerüst eines Sommerzeltes der jakutischen Rinderhirten abgebildet. Dieses Holzgestell wird mit Birkenrinde verkleidet.
• Mit der Entwicklung der Synthesefasern und moderner Beschichtungspolymere hat das textile Bauen eine Wandlung und Ergänzung vom Zweckbau zur Erlebnisarchitektur erfahren.
• Textile Bauten sind Strukturen bzw. Bauwerke, die mit einer abdeckenden oder raumabschließenden Haut aus textilen, beschichteten Geweben - der Membrane- bespannt sind. Um eine ausreichende Stabilität gegen Wind und Wetter zu erreichen, sind die Membranen pneumatisch oder mechanisch vorgespannt.
• Textile Bauten sind normalen Baugenehmigungsverfahren unterworfen.
• Es handelt sich um ortsfeste oder temporäre Dauerbauten, wie zum Beispiel Schwimmbad- oder Sporthallenüberdachungen, Stadiondächer oder wandelbare Überdachungen.
Textiles Bauen - Vor- / Nachteile textiler Konstruktionen:
Die wichtigsten textilen Produkte für textile Bauwerke sind Membranen.
Aus diesen Membranen (Kombinationen aus textilen Flächen und einer Beschichtung) werden Membran-Konstruktionen hergestellt.
Membran-Konstruktionen sind dauerhaft auf Zug vorgespannte Flächentragwerke, weitspannend, von geringem Eigengewicht, formweich und mit niedriger Eigenfrequenz
Vorteile:
Mobilität
Lichtdurchlässigkeit
Farbgestaltung
Formgebung
Große Spannweiten
Preis
Nachteile:
Wärmeisolierung
Schallisolierung
Brandschutz
Konfektionierung nicht einfach
gut berechnete, stabile Himmelshaken
Textile Konstruktionen - Eigenfrequenz, oder auch Resonanzfrequenz:
Jeder Körper hat eine sog. Eigenfrequenz, wird ein Körper mit seiner Resonanzfrequenz fortwährend zu Schwingungen angeregt, können sich die Schwingungen so aufschaukeln, dass der Körper zerbirst.
(Szene aus „Die Blechtrommel“, bei der Oskar mit seinem Protest-Schrei Weingläser zerbersten lässt...).
Das kann selbst in der Architektur passieren. Berühmtestes Beispiel ist wohl die Tacoma-Brücke, die vom Wind in ihrer Eigenfrequenz zu Schwingungen angeregt wurde, bis sie zerbrach.
Textiles Bauen/UV-Schutztextilien - Materialkategorien und -Eigenschaften:
• Man unterscheidet wasserdichte und wasserdurchlässige Materialien
-> wasserdurchlässige Produkte sind nur als Sonnenschutz zu verwenden, sie haben keine Beschichtung
-> wasserundurchlässige Produkte werden unterschiedlich beschichtet oder laminiert
• PVC-beschichtetes Polyestergewebe
-> schwer entflammbar, gute Witterungs- und Knickbeständigkeit, durch verschiedene Top-Coats noch weiter veredelbar (PTFE, Acrylate), preiswert, durch Weichmacherevaporation versprödet das Material,
• PTFE-beschichtetes oder laminiertes Glasgewebe
-> hohe Transluzenz, knickempfindlich, reinigungsfreundliche Oberfläche, UV- beständig,
• Folien
Textiles Bauen/UV-Schutztextilien - Verschiedene Membranarten:
Textiles Bauen/UV-Schutztextilien - Geschichte des Membranbaus:
Betrachtet man die Geschichte des modernen Membranbaus, so ist diese Geschichte eng mit dem Namen Frei Otto verknüpft. In seinen Büchern „Das hängende Dach“, 1954 und „Zugbeanspruchte Konstruktionen“, 1962 bereitete er den Weg von der Theorie in die Praxis. - - 1955 Segel für Musikpavillon auf der Bundesgartenschau in Kassel
1957 Tanzbrunnenüberdachung auf der Bundesgartenschau in Köln
Textiles Bauen - Beispiele:
Textiles Bauen/UV-Schutztextilien:
Textiles Bauen – Gottlieb Daimler Stadion/Stuttgart:
• Die Dachfläche des Gottlieb-Daimler-Stadions in Stuttgart (ca. 34.000 m2) wurde in Form eines Speichenrades aufgeteilt und unterstützt.
• Die geschwungene Rahmenkonstruktion ist so gewählt worden, damit man zukünftig durch den Einbau eines weiteren Oberranges die Sitzplatzanzahl erweitern kann.
• Die Membranfläche besteht aus PVC-beschichtetem PES-Gewebe. • Die Lichtdurchlässigkeit beträgt 8 %. • Die Paneelen wurden mit Ultraschall verschweißt
Textiles Bauen - Wasserspeicher:
Der Wasserspeicher im erloschenen Vulkan „Taco“ auf Teneriffa wird mit Regenwasser während des Winters gefüllt; er fasst 825.000 m3.
Die Auskleidung besteht aus PVC-beschichtetem, PET-Hochfest-Gewebe. Es waren kaum Erdarbeiten nötig.
Mittlerweile wurden in Spanien weit über 50 Stauseen nach dem gleichen Prinzip errichtet.
Textiles Bauen – Wandelbare Überdachungen:
Wandelbare Überdachungen
• sie bieten eine Open-Air Atmosphäre und schützen vor Regen und Wind
• sie lassen den Himmel als raumabschließendes Element, ermöglichen naturgegebene Bodenformen, belassen Baumbestand als Kulisse und greifen nur gering in historische Bausubstanz ein
• schnelle Installation; oft sind keine befestigten Straßen für schwere Baumaschinen vorhanden; Montage vom Helikopter aus
• Materialien: •PVC-beschichtetes PET-Hochfest-Gewebe/ •Acrylatlack als Topcoat/schwerentflammbar nach DIN 4102, B1
Textiles Bauen - Wandelbare Überdachungen:
Probleme oder besondere Anforderungen an wandelbare Überdachungen:
• mögliche Schädigung der Beschichtung und der tragenden Garne durch zu kleine Krümmungsradien der Falten
• Schädigung der Membrane infolge nicht abgetrockneter Feuchte im gefalteten Zustand
• Abrasive Beanspruchung der Beschichtung während des Schließens oder Öffnens
• Entwicklung hoher Temperaturen im gefalteten Membranpaket bei Sonneneinstrahlung
• hohe Lasten durch Bildung von „Wassersäcken“
Bsp. Textiles Bauen - Medina:
In der heiligen Moschee von Medina wurden bereits in den achziger Jahren die Innenhöfe mit Sonnenschirmen aus PTFE-Gewebe verschattet. Es handelt sich um 17x18 m2 große Schirme (Gewebe: C. CRAMER).
2008 wurden 250 Schirme rund um die Moschee installiert, die eine Kantenlänge von 25,5x25,5 m2 besitzen und 15 m hoch sind. Es wurden insgesamt 143.000 m2 überdeckt (Gewebe: SEFAR/CH).
Beide Systeme lassen sich jeweils in 1,5 (innen) und 3 Minuten (außen) öffnen und schließen. Die Systeme sind begehbar.
In den Säulen kann kalte Luft bis unter die Schirme geführt werden. 2012 wurde ein Schirm mit einer Spannweite von 53 m und einer Höhe von 30 m für die Moschee in Mekka in Auftrag gegeben (an LIEBHERR).
Bsp. Textiles Bauen:
Textiles Bauen – Flexible Lagerbehälter:
Produkteigenschaften
Schnelle und einfache Installation
Keine Baugenehmigung notwendig
Lange Lebensdauer
Geringe Investitionskosten
Leicht, faltbar, mobil
Fertigung nach Maß
Fassungsvermögen bis 150.000 l
Einsatzbereiche
Trink- und Regenwasserspeicherung
Lagerung von Abwässern und Flüssigdüngern im Agrarbereich
Lagerung von Löschwasser oder Emulsionen für die Brandbekämpfung
Lagerung von Bohrwasser, Mineralölen, Diesel, aggressiven Chemikalien im
Baubereich
Textiles Bauen – flexible Silos:
Flexible Silos werden zum Aufbewahren von Schüttgütern oder Flüssigkeiten verwendet. Gewebe:
• unbeschichtet und luftdurchlässig,
• Feuchtigkeitsdicht bei hygroskopischen Produkten,
• PVC-beschichtetes PES für Flüssigkeiten
Einsatzbereiche:
-> Lebensmittel, Getreide Futtermittel Mineralstoffe Pharmazeutische Produkte Süßwaren
Kunststoffe Recyclingprodukte
Textiles Bauen - Lärmschutz:
Lärm mindert die Lebensqualität; der Schall tritt auf als Körper- und als Luftschall; Luftschall lässt sich mit biegeweichen Systemen deutlich reduzieren.
Zum Vergleich kann eine biegeweiche Wand von 20 kg/m2 den Schall um 38dB reduzieren. Einen solchen Wert erreicht eine biegesteife Wand erst bei einer Masse von 100 kg.
Textile Lärmschutzmodule lassen sich hervorragend in ein Büro- oder Gebäudekonzept integrieren.
(Schall -Dämmung ungleich -Dämpfung !)
Textiles Bauen – Labor im See:
Textiles Bauen – aus einem anderen Blickwinkel:
Eine andere Art textile Konstruktionen für die Architektur nutzbar zu machen betrieb Antoni Gaudi: Wenn zugrunde gelegt wird, dass Druck = negativer Zug, dann kann die Erdanziehungskraft genutzt werden um die optimale Geometrie für Zug festzustellen, um dann die entsprechenden zugbelasteten Seile als druckbelastbare Bauteile zu konstruieren...
Papiermaschinenbespannungen - PMC:
Historische Entwicklung der Papierherstellung
4000 a.C. in Ägypten; Herstellung erster Schreibunterlagen aus Papyrus 1268 erste Wasserzeichen in Italien 1348 Erste Papiermühlen in Frankreich 1609 Erste regelmäßige Tageszeitung in Deutschland
1719 Reamur beschrieb Papierherstellung aus Holz 1774 Einführung der Chlorbleiche für die Herstellung weißer Papiere 1798 Nicholas Louis Robert entwickelte erste Papiermaschine 1800 Matthias Koops erhielt Patent auf Wiederverwendung von Altpapier 1817 Thomas Gilpin installierte die erste Papiermaschine
Seit 1798 hat sich am Prinzip der Papiermaschine nichts verändert
PMC - Papiererzeugung:
Papiermaschine - Prozessstufen der Papierherstellung:
Aufbringen einer Wasser/Faser
Dispersion auf ein
Nasssieb
Absaugen des
Wassers
Abpressen und
Verdichten
Trocknen, eventuell
mit Leimpresse
Kalandrieren
Papiermaschinenbespannungen - Rohstoffbasis & Papiersorten:
Rohstoffbasis
Holz bzw. Zellstoff
Lumpen und Hadern (Flachs-, Hanf-, Baumwoll-Fasern)
Altpapier (Quote Deutschland: 62,5%; Zellstoff 28,2%; Holzschliff 9,0%)
Papiersorten
Zeitungsdruckpapier
Tissue
Kraft-Papiere (Braunpapiere)
Karton
Schreibpapiere
Holzfreies und holzhaltiges Papier
Papiermaschinenbespannungen - Stoffauflauf & Nasssiebpartie:
Stoffauflauf
Der Stoffauflauf der Papiermaschine verteilt den hochverdünnten Papierbrei gleichmäßig über die gesamte Siebbreite.
100.000 Liter Faser-Wasser-Gemisch mit nur 500 kg Faseranteil schießen innerhalb einer Minute mit einer Geschwindigkeit von 90 - 120 km/h durch genau 1.254 wabenförmige Öffnungen.
Auf diese Weise wird eine bestmögliche Faserorientierung erzielt.
Nasssiebpartie
Nach dem Stoffauflauf beginnt bereits der Entwässerungsprozess. Dies geschieht im Duoformer, zwei feinmaschigen Kunststoffsieben.
Daraus resultiert ein symmetrischer Blattaufbau und eine Gleichseitigkeit der Oberflächen.
Schon eine Sekunde nach Auftreffen des Stoffstrahls auf das Doppelsieb verlässt das Papier die Siebpartie mit einem Trockengehalt von rund 18 Prozent.
PMC - Nasssiebbereich:
In der Nasssieb- oder auch Formationspartie erfolgt die Blattbildung. Durch Saugkästen wird das freie Wasser abgesaugt und die Fasermatte wird so stark verdichtet, dass die Fasern untereinander in Kontakt kommen.
Die Faseranordnung ist eher eine lose Schüttung als ein strukturiertes Vlies. Dies führt dazu, dass die Papierbahn die Neigung zeigt, einerseits die Oberflächenstruktur der Transportbänder anzunehmen (Markierung) und andererseits Glättedifferenzen zwischen Ober- und Unterseite zuzulassen (Zwei-Seitigkeit).
Die Aufgabe der modernen Nasssiebe übernahm früher der Schöpfrahmen. Mit seiner Hilfe trennte man Wasser von der Papierfaser.
PMC - Nasssiebe:
Eigenschaften der Nasssiebe
Dehnungsarm bzw. dimensionsstabil (kein Schräg-, Vor- oder Nachlauf; kein Längen und kein Breitenverlust) bei hoher Spannung
Beständig gegen Wasser, Säuren
Abrasionsbeständigkeit
Möglichkeit zur mechanischen Reinigung (Hochdruckspritzrohr) Keine Gewebemarkierungen
Gleichmäßige Wasserdurchlässigkeit
Geringer Energieverbrauch (Rohrsauger-Vakuum und Antrieb)
Wenig Zwei-Seitigkeit
PMC – Nasssiebe Designvarianten:
Bei Papiermaschinenbespannungen muss man generell zwischen rund- und flachgewebten Produkten Unterscheiden.
Flachgewebt
Bei flachgewebten Produkten muss nach dem Webprozess eine mechanische Naht angebracht werden.
Rundgewebt
Bei rundgewebten Produkten müssen die Maschinen des Herstellers und die jeweilige Position in der Papiermaschine kantilevert sein, dass heißt, die Maschinen muss man seitlich öffnen können.
Lagigkeit
Nasssiebe können ein-, zwei- und dreilagig sein; Einschränkungen entstehen durch die mechanische Naht oder die Umweb-Kanten.
PMC – Nasssiebe Materialien:
Bis 1950 wurde Bronze oder Edelstahl verarbeitet. Lebensdauer: 2 Wochen.
Seit 1975 kommen fast nur noch Kunststoffsiebe aus Monofilamenten zum Einsatz.
In Längsrichtung setzt man ausschließlich PET ein.
Grund: dimensionsstabil - kein kalter Fluss;
In Querrichtung häufig abwechselnd PET und PA; PA ist abriebbeständiger.
PMC - Hilfsstoffe:
Als Hilfsstoffe werden u.a. Füllstoffe, Farbstoffe und Leim bezeichnet. Andere Hilfsstoffe, wie z.B. Kunstharze, werden dann eingesetzt, wenn von den Papieren besondere Eigenschaften verlangt werden.
Füllstoffe sind Zusatzstoffe für die Papierherstellung.
Sie füllen die Lücken zwischen den Papierfasern aus, verbessern die Opazität (machen das Papier undurchsichtiger), die Bedruckbarkeit und auch die Glätte eines Papiers. Die Füllstoffe werden meist in Wasser geschwemmt und in der Mischbütte dem Halbstoff zugesetzt.
PMC – Pressfilze:
Aufbau:
Ursprünglich waren Pressfilze Wollgewebe, die gefilzt und/oder geraut wurde
-> homogene Oberfläche, keine Gewebemarkierung.
Vor ca. 80 Jahren erste Ausrüstungen aus Resorcin/Formaldehyd.
Ab 1960 Entwicklung von PA Nadelfilzen (PA Gewebe/PA Vliesauflage) Basisgewebe besteht aus Mono-, Multifilamenten oder Fasergarnen.
Mehrlagige Vliesauflage aus PA 6/6.6-Fasern
Gesamtgewicht > 1000g/m2
Vernadelung:
Video: S.24
Anforderungen & Prüfmethoden:
Anforderungen an Pressfilze sind extrem hoch und vielfältig:
Kompressibilität und Wiedererholung (=> Presszyklen < 1 sek.)
Geringe Verschmutzungsneigung (=> Harze, Füllstoffe, Altpapier, Stoffbatzen, geschlossener Wasserkreislauf)
Abrasionsbeständigkeit (=> Saugerbeläge, HD-Spritzrohre)
Temperaturbeständigkeit
Prüfmethoden zur Qualitätssicherung
Luftdurchlässigkeit
Wasserdurchlässigkeit (senkrecht und waagerecht)
Porenvolumen (bei verschiedenen Press-Drücken)
Kompressibilität und Wiedererholung (abhängig von der Zeit)
Scheuertests (nass und trocken; mit CaCO3)
PMC - Pressfilze:
Prombleme:
Probleme und deren mögliche Ursache
Ungenügende Entwässerung (poor drying):
zu dichter oder zu offener Filz, kein ausreichendes Speichervolumen, falsches Design
Vibrationen und Rattermarken (vibration or press bounce): Ungleichmäßigkeiten im Filz, Umwebkanten, Wendepunkte des Vlieslegers, Naht, oder auch schlecht geschliffenen Walzen (Unwucht)
Zweiseitigkeit (two sideness):
unter der Zweiseitigkeit versteht man eine ungleichmäßige Verteilung von Füll- und Feinstoffen im Papier; diese bewegen sich zu der Seite, zu der auch das Wasser fließt
-> unterschiedliche Entwässerungsleistung der Filze; falsche Maschinenkonfiguration
Markierungen (marks):
Faser-, Nadelstraßen- oder Grundgewebemarkierungen (mechanische Markierungen, schlechte Abdeckung von Sieb- oder Lochwalzen führt zu Schattenmarkierungen (ähnlich Wasserzeichen ist das eine Entwässerungsmarkierung).
Schuhpressen:
PMC - Tockensiebe:
In der Trockenpartie wird der nasse Papierbrei gegen Dampf beheizte Zylinder gepresst. Dabei verdampft das restliche Wasser durch Kontakthitze.
Die größten Entwicklungen sind in den letzten 25 Jahren in der Trockenpartie erfolgt:
- Umstellung von Baumwollgewebe auf Polyester (besonders Hydrolyse-stabilisiert)
- von Fasergarnen auf Monofilamente
- Einführung neuer Bahnführungen (s. nächste Folie)
- Reduzierungen der Gewebedicke durch Verwendung von Profildrähten oder durch spezielle Bindungen
- Verwendung Hydrolyse-stabiler Werkstoffe wie PEEK oder PPS (selten)
Materialien & Garnkonstruktionen:
Materialien und Garnkonstruktionen
Standard sind Hydrolyse-stabilisierte PET-Monofilamente;
->Fasergarne und Multifilamente werden kaum noch eingesetzt, da die Nahtbildung erschwert wird. Flockgarne und Chenille-Garne zur Vergrößerung der Oberfläche.
PEEK, PPS, PTFE oder PEN sind für die gesamte Fläche zu teuer; diese Hydrolyse-resistenten Materialien werden als einzelne Kettfäden im Randbereich verwendet, da dort die Bedingungen besonders aggressiv sind (Temperatur und Wasserdampf)
Siebtypen:
Gewebte Monofilgewebe
gewebte Monofil/Multifilgewebe
genadelte Trockensiebe
Spiralsiebe
genadelte Spiralsiebe
Siebe aus Kunststoffteilen gefügt
Design-Varianten:
Mono-Tier
MonoTier-Siebe sind eine spezielle Bindungsvariante, bei der immer zwei Längsfäden übereinander gestapelt werden. Die Längsfäden sind dünne (ca. 0,25 mm), aber extrem breite (ca. 1,3 – 1,8 mm) Bändchen, die teilweise zusätzlich geriffelt sind, um eine schmutzabweisende Wirkung zu erzielen.
Besonders vorteilhaft ist dieses Design für die Nahtgestaltung. Die Naht ist sehr dünn, die Fäden stehen gerade, es ist kein Verdrehen der Fäden bei der Nahtbildung notwendig und die Naht lässt sich sehr leicht schließen.
Spiralsiebe:
Spiralsiebe werden durch das Fügen spiralförmig gedrehter Monofilamente hergestellt. In einer Spiralisiermaschine werden jeweils eine Rechts- und eine Linkswendel erzeugt. 13 Paare werden in einer Fügemaschine zu ca. 12-15 cm breiten Bändern zusammengefasst.
Man kann dann beliebig viele dieser Bänder von Hand zur gewünschten Länge verbinden. Zur Einstellung der gewünschten Luftdurchlässigkeit können die Hohl- räume innerhalb der einzelnen Wendeln noch gefüllt werden.
PMC - Trockensiebe Nahtkonstruktionen:
• Klippernaht: Dabei werden Metallösen in die Gewebeenden gepresst
• Ösennaht (Pin seam): diese wird direkt aus den Kettfäden gebildet
• Wendel- oder Spiralnaht: hierbei werden eine Links- und eine Rechtsspirale an den Siebenden befestigt
Beurteilungskriterien:
Wärmeübergang
Kontaktfläche
Luftmitnahme
Markierfreiheit
Mechanische und thermische Stabilität
Höchstzugkraft und HZK/Dehnung
Reinigungsverhalten
Hydrolyse-Beständigkeit
Abrasions-Beständigkeit
Bahnflattern
Feuchteprofil
Randverdichtung
Naht
SI-Maße & Einheiten:
Geometrische Betrachtungen:
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