Geokunst­stoffe

Je nach Zusammensetzung und Wassergehalt haben Böden eine eingeschränkte Tragfähigkeit. Wird diese durch die eingebrachten Lasten überschritten, kann der Boden der Beanspruchung nicht mehr standhalten und gibt unter plastischer Verformungen nach. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, die Tragfähigkeit des Bodens zu verbessern. Aus dem ursprünglichen Einsatz von Schilf, Stroh und Spreitlagen zur Verbesserung der Bodeneigenschaften entwickelten sich die heute üblichen Sand-Kies-Gemische. Wo deren Eigenschaften  für ein zufriedenstellendes Ergebnis nicht ausreichen, sind weiterführende Maßnahmen nötig. Diese reichen von tief greifenden Bautätigkeiten (z. B. Bohrpfählen, Fräs-Misch-Injektionsverfahren etc.) über die aus dem Straßenbau bekannte Ertüchtigung mit Bindemitteln bis hin zum Einsatz von Geokunststoffen im Rahmen von Sand-Kies-Gemischen.

Tief greifende Maßnahmen werden im Eisenbahnwesen aufgrund ihres oft zeitaufwendigen Herstellungsverfahrens nur vereinzelt für spezielle Anwendungen eingesetzt, zur Ertüchtigung von Bestandsstrecken sind sie nur eingeschränkt geeignet. Der bewusste Einsatz von Geokunststoffen in Sand-Kies-Gemischen verbessert dessen positive Wirkung und erlaubt die Herstellung mit weitaus leistungsfähigeren Bauverfahren. Ursprünglich wurden Geokunststoffe als reine Vliesstoffe verwendet. Ihre heutigen Aufgaben sind vielseitig und umfassen Folgendes [1]:

  • Trennen
  • Filtern
  • Dränen
  • Schützen
  • Bewehren
  • Abdichten

Trennen, Filtern, Dränen [2]

Die Filter- und Trennaufgabe des Vlieses verhindert eine Vermischung zwischen dem Unterbau und dem Schotter. Bei anstehenden bindigen Böden löst eine Zugsüberfahrt einen Pumpvorgang aus, wodurch Feinteile in das Schotterbett eindringen.  Der Einsatz von Vliesstoffen stoppt diesen Effekt, dichtet den Unterbau jedoch nicht ab, sondern ermöglicht eine Durchströmung. Wasser kann wie gewohnt versickern oder in den Bahngraben abrinnen. 

Video abspielen

Bewehren

Tragschichtsystem mit Geogitter und Geovlies
© Plasser & Theurer

Vergleichbar mit dem Einsatz von Stahl in Stahlbetonbauteilen, wurden Überlegungen angestellt, Geokunststoffe auch für die Verbesserung der Tragfähigkeit zu nutzen. Gewebe und Geogitter können zu diesem Zweck große Zugkräfte unter hoher Formstabilität aufnehmen. Die geringe Formänderung und die große Kontaktfläche zum umgebenden Material sind notwendig, um die Verkehrslasten besser auf den umstehenden Boden zu verteilen. Geogitter erfüllen mit ihrer spezifischen Struktur diese Aufgaben optimal. Eine Kombination dieser Eigenschaften erlaubt der Einsatz von Verbundstoffen. Diese setzen sich aus Vliesstoffkomponenten und Geogitter zusammen und verbinden so die Eigenschaften beider Gruppen. [2]

Mehrschichtige „bewehrte“ Tragschichtsysteme können gleisgebunden eingebaut werden und die Tragfähigkeit wesentlich verbessern.  Die Betriebseinschränkung und die Kosten lassen sich im Vergleich zu tief greifenden Maßnahmen wesentlich reduzieren. Vor allem auf Bestandsstrecken ist diese Möglichkeit daher eine lohnenswerte Alternative. [3]

Teilweise werden auf Nebenbahnen Geotextilien direkt im Schotter verwendet, um die Tragfähigkeit des Systems zu steigern, was allerdings den zukünftigen Ausbau erschwert. Solche Einschränkungen sind daher bereits beim Einbau zu berücksichtigen.

Abdichten

Vor allem in Bereich von Wasserschutzgebieten muss das angrenzende Erdreich vor dem Versickern des möglicherweise verunreinigten Oberflächenwassers  geschützt werden. Das Wasser wird gesammelt und auf kürzestem Weg dem geeigneten Vorfluter zugeführt. Um ein Versickern zu verhindern, ist das Planum im gewünschten Bereich mit einer wasserundurchlässigen Schicht abzudecken.

Dafür können mineralische Abdichtungen, Kunststoffdichtungsbahnen und geosynthetische Tondichtungsbahnen verwendet werden. Bei der Verlegung ist auf die unterschiedlichen besonderen Anforderungen Rücksicht zu nehmen. Mineralische Abdichtungen aus bindigen Böden sind wegen ihrer Frostempfindlichkeit und des geringen Verformungswiderstands nicht zu empfehlen.[2]

Schützen

Geokunststoffe mit Schutzaufgaben bewahren empfindliche Bauteile (z. B. Abdichtungsbahnen) vor mechanischer Beschädigung. Dies betrifft vor allem Scher- und Druckbeanspruchungen durch den anstehenden Boden. Geokunststoffe mit Schutzfunktion müssen dafür eine ausreichende Dicke und einen hohen Widerstand gegen Perforation aufweisen.

Neben dem klassischen Einsatz von Geokunststoffen im direkten Bereich des Fahrwegs werden diese auch noch in konventionellen Erd- und Stützbauwerken sowie Randwegkonstruktionen eingesetzt. [4]

Übersicht über die einzelnen Geokunststoffe
© Fabian Hansmann

  1. [1] Lieberenz, K.; Piereder, F.: Entwicklung von Schutzschichten mit Geokunststoffen. Eisenbahningenieur Kalender 2013, S. 252–270.
  2. [2] Fischer, R.; Göbel, C.; Lieberenz, K. et al.: Handbuch Erdbauwerke der Bahnen. Planung, Bemessung, Ausführung, Instandhaltung. Eurailpress in DVV Media Group, Hamburg, 2013.
  3. [3] Wegener, D.; Fischer, R.: Dynamische Stabilität bei Bahnstrecken auf Weichschichten. Der Eisenbahningenieur 2016 (2016), Sonderheft Geotechnik, S. 27–32.
  4. [4]  Hempel, M.; Hangen, H.: Einsatz von Geokunststoffen im Eisenbahnbau. Der Eisenbahningenieur 2016 (2016), Sonderheft Geotechnik, S. 4–6.