Die Wasserdurchlässigkeit von Trisoplast® Teil 2: Nummerische Modellierung

Laborversuche, statistische Auswertung und nummerische Modellierung

• Dr. Andreas Claussen
• Dipl.-Ing. Wolfgang Behrens
• Dr. habil. Stefan Melchior

Im Teil 1 wurde über die Durchführung und die Ergebnisse von Bestimmungen der Durchlässigkeit an dem polymervergüteten mineralischen Abdichtungsmaterial Trisoplast® berichtet. Die Laborversuche zur Bestimmung der Durchlässigkeit nach DIN 18 130 wurden nach der Methode der Finiten Elemente rechnerisch nachgebildet. Das eingesetzte Programm ermöglicht die Simulation ungesättigter und gesättigter Wasserströmungen in porösen Medien. Die ausgeführten hydraulischen Modellberechnungen konnten hierdurch sowohl die Aufsättigungsphase (instationärer Strömungsprozess) als auch die Durchströmungsphase (stationärer Strömungsprozess) in einer plausiblen und nachvollziehbaren Form rechnerisch darstellen. Auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse konnten die hydraulischen Prozesse und die zwischen Wassergehalt, Wasserspannung, Wasserdurchlässigkeit, Potentialgefälle und Filtergeschwindigkeit bestehenden Wechselwirkungen während der Aufsättigung und der Durchströmung der Proben quantifiziert werden.

Für die rechnerische Simulation der Laborversuche sind möglichst genaue Kenntnisse der Wassergehalts-Wasserspannungsfunktionen und soweit möglich auch der Wasserspannungs- Durchlässigkeitsfunktionen des Materials sowie eine möglichst genaue Abbildung des Versuchsaufbaus und der Versuchsdurchführung Voraussetzung. Mit Hilfe der Berechnungen konnte belegt werden, dass die Aufsättigung der Trisoplast®-Probe materialspezifisch ist. Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Aufsättigung und der Durchströmung der gesättigten Probe, der anhand der Summenkurven der Zuflüsse graphisch dargestellt werden konnte. Wegen dieses Zusammenhangs wird es theoretisch möglich, mit Hilfe geeigneter Auswerteverfahren bereits aus dem Aufsättigungsprozess vor Erreichen stationärer Strömungsverhältnisse Rückschlüsse auf den kf-Wert des Probenkörpers zu ziehen.

Die Entwicklung von Auswertemethoden, die eine zuverlässige und möglichst schnelle Ableitung des gesättigten Wasserdurchlässigkeitsbeiwertes aus dem anfänglichen instationären Versuchsverlauf ermöglichen, ist Voraussetzung für eine deutliche Reduzierung der erforderlichen Versuchszeiten, was für die Durchführung von Bauprojekten von großer praktischer Bedeutung ist. Im noch folgenden dritten Teil der Veröffentlichung, wird hierzu eine mögliche Auswertungsmethode vorgestellt und diskutiert.

Seiten 282 - 288