Ab den 1940er Jahren findet in Böhmen ein umfangreicher Braunkohlebergbau in Tagebauen statt. Dieser Bergbau findet im Bereich tertiärer Braunkohlebecken statt (Abb. 1).

Abb. 1 Geologische Karte Nordwestböhmens mit eingetragenen tertiären Braunkohlebecken (A - Egerbecken, B- Falkenauer Becken, C - Brüxer Becken). Der Braunkohlebergbau ist im Brüxer, und in einem geringeren Umfang im Falkenauer Becken konzentriert. (Kartenunterlagen: www.geology.cz)

Ein Bestandteil des Bergbaus im Tagebauverfahren ist die Beseitigung der überlagernden Schichten des Hangenden, die in Form von Erdklumpen in einer Größe von bis zu etwa 50 cm auf Kippen abgelagert werden. Diese Klumpen werden durch festen und harten Ton gebildet, er stellenweise bis in Tonstein übergeht. Die Kippen entstehen außerhalb des Tagebaus (sog. Außenkippen), aber auch im eigenen Bereich des Tagebaus, an denen das Kohlenflöz bereits ausgekohlt wurde (Innenkippe). Die Außenkippen werden in der Anfangsphase des Abbaus gebildet, , wann Raum für den eigentlichen Abbau geschaffen werden muss. In den späteren Phasen des Abbaus werden Innenkippen bevorzugt. Das hat praktische (eine Verfüllung des abgebauten Raumes), sowie auch ökologische Gründe (Minimierung der durch Bergbautätigkeit in Mitleidenschaft gezogener Fläche der Landschaft). Die Mächtigkeit der Innenkippen kann bis 200 m reichen, bei den Außenkippen bewegt sich ihre Höhe bis 100 m.

Nach dem abräumen wird das Material mit Gurtförderanlage zur Kippe transportiert und mit Hilfe eines Absetzers frei auf die Kippe verkippt (Abb. 2).  Das Volumen der abgeräumten Erden bewegt sich in Nordböhmen an die 200 Millionen m3 jährlich. Bei solchen Mengen kann keine Aufbereitung ihrer mechanischen Eigenschaften, bzw. ihre Verdichtung durchgeführt werden.
 

Abb. 2 Das Verfahren des Verkippens der Tonklumpen auf die Kippe (Tagebau Bílina im Brüxer Becken)

Das Material einer frisch aufgeschütteten Kippe hat den Charakter eines grobkörnigen Schüttguts mit einer hohen Gesamtporosität. Die durchschnittliche Porosität der Tonklumpen bewegt sich an die 40% und in Kombination mit dem Hohlraumvolumen zwischen den einzelnen Klumpen erreicht die Gesamtporosität einer frisch aufgeschütteten Kippe an die 70% (Feda, 1998). Während dem Prozess stellt sich eine bestimmte Segregation der Klumpen ein. Die größeren Klumpen konzentrieren sich an den Schüttkegeln. wobei insbesondere das Feingut in dem oberen Teil bleibt. Somit ist das Hohlraumvolumen der Kippe nicht gleichmäßig und es entsteht eine bestimmte räumliche Heterogenität, die ein schwierig abschätzbares Verhalten der Kippe während der Degradierung der Kippenstruktur verursacht.  

Im Laufe der Zeit stellen sich wesentliche Veränderungen der Kippenstruktur ein. Die Hohlräume werden geschlossen und die Klumpen plastisch umgeformt. Somit verändert sich der Charakter der Kippe vom anfänglichen Stand eines grobkörnigen Schüttguts zu einem feinkörnigen Material mit vollkommen unterschiedlichen Eigenschaften (Ab. 3 und 4).

Abb. 3: Frisch aufgeschüttete Kippe mit der Ausprägung als ein grobkörniges Schüttgut. Auf dem Bild ist die Segregation der Klumpen zu sehen, die größeren Fallen bis zum Fuß der Böschung, das feinkörnige Material bleibt in der Nähe des Schüttkegels.

 

Abb. 4: Teilweise degradierte Kippenstruktur einige Jahre nach der Verkippung Die Hohlräume zwischen den Klumpen sind zum Teil mit feinkörnigem Material verfüllt. Die Grenzen der einzelnen Klumpen sind aber auch weiterhin gut sichtbar, die mechanischen Eigenschaften werden in dieser Phase auch durch die ursprüngliche Struktur der Kippe beeinflusst.

Das Prozess der Verformung der Kippe unterliegt unterschiedlichen Mechanismen, die nach Feda (1998)  folgende Prozesse umfassen:
•    Zerkleinerung der Klumpen - ein Prozess, der durch den Anstieg der Feuchtigkeit der Klumpen und Reduzierung ihrer Festigkeit beeinflusst wird. In Folge einer geringeren Festigkeit werden die einzelnen Klumpen zerstört und ihre Größe Reduziert.
•    Plastische Umformung der Klumpen - ein Prozess, der für feuchte Klumpen typisch ist, die durch den Druck des Hangenden plastisch umgeformt werden. In Folge dessen schließen sich Hohlräume zwischen den Klumpen allmählich.
•    Umgestaltung der Klumpen - durch den Druck des Hangenden verändert sich auch die Gestaltung der Klumpen (Verschiebungen, Rotation). Dieses Prozess führt wieder zur Reduzierung der anfänglichen Hohlräume.
•    Herausbildung einer Plastizität an den Kontakten der Klumpen  - im Fall einer höheren Feuchtigkeit können eine plastische Umformung des Tons an Kontakten der Klumpen und ihre gegenseitige Verbindung eintreten. Somit entsteht an den Kontaktflächen Saugen (negativer Porendruck), wodurch große Hohlräume und eine langfristig unstabile Gestaltung der Kippe entstehen.

Diese dargestellten Mechanismen hängen im unterschiedlichen Maß an der Wasserzufuhr in die Kippe (Sättigungsstand) und der einwirkenden vertikalen Spannung ab. Auf Abb. 5 werden die einzelnen Prozesse schematisch dargestellt.  

stupeň nasycení

Sättigungsstufe

vertikální napětí

Vertikalspannung

nárůst pórovitosti

Anstieg der Porosität

drcení, přeuspořádání zrn

Zerkleinerung, Neuordnung der Körner

plastické přetváření

Plastische Umformung

uzavírání makropórů

Schließen der Makropore

Abb. 5: Schematische Darstellung der Prozesse, die zur Degradierung der ursprünglichen Kippenstruktur führen Die oberen Bilder zeigen die Struktur der frischen Kippe mit den verbundenen Hohlräumen. Rechts oben ist eine offenere Struktur, die durch feuchtere Klumpen und das Saugen an ihren plastischen Kontakten verursacht wurde. Auf den unteren Bildern sind Prozesse dargestellt, die die Umformung der Kippe begleiten. Links unten die Zerkleinerung und Umgestaltung der Klumpen, rechts dann die plastische Umformung der Klumpen, die mit der Schließung der Hohlräume und einer Homogenisierung des Kippenkörpers in Verbindung stehen.

Alle dargestellten Prozesse verlaufen in der Kippe nach und nach viele  Jahre lang. Die Geschwindigkeit der Umformung der Struktur hängt von vielen Faktoren ab, dabei sind die bedeutendsten das Vorkommen von Wasser und die einwirkende Spannung. Das Wasservorkommen nimmt im Laufe der Zeit in Folge der Versickerung des Niederschlags zu. Bei Innenkippen kommt es nach der Einstellung des Bergbaus zu einem allmählichen Anstieg des Grundwasserspiegels, der während dem Bergbau meistens durch die Wasserförderung künstlich abgesenkt wurde. Die Auswirkungen der einwirkenden Spannung sind in Abhängigkeit von der Mächtigkeit des Hangenden zu sehen. Somit stellt sich in den tieferen Bereichen der Kippe eine schnellere Degradierung der Struktur ein.

Ein weiterer wichtiger Faktor, der sich auf die Degradierung der Kippenstruktur in dem oberflächennahen Bereich auswirkt, ist die Verwitterung. Die Klumpen, die Veränderungen der Temperatur und der Feuchtigkeit ausgesetzt sind, unterliegen einem wesentlich schnelleren Zerfall. Somit degradiert die Struktur der Klumpen und Hohlräume und das entstehende Feinmaterial wird schrittweise tiefer in den Körper der Kippe hereingespült. Die Auswirkungen der Verwitterung sind auf Abb. 6 dargestellt. 

Abb. 6: Darstellung der Verwitterung der Klumpen in Folge einer zyklischen Wassersättigung und Austrocknung. Die Bilder oben zeigen die Klumpen unter Wasser, bei denen keine Veränderungen der Sättigung eingetreten sind. Das Bild unten stellt einen zyklisch mit Wasser gefluteten Klumpen dar, der folgend durch Verdunstung unter konstanter Temperatur austrocknete. Die Bilder von links nach rechts zeigen den Boden nach 1 - 4 Kreisläufen der Sättigung und Austrocknung. Auf dem Bild ist eine allmähliche Degradierung des Klumpens im Zusammenhang mit einer  ansteigenden  Anzahl der Zyklen zu sehen (Kostkanová et al., 2014).

Das Prozess der Umformung der Struktur ist auch an seinen mechanischen Eigenschaften durch die Abnahme der Festigkeit, einer ungleichförmigen Verformbarkeit und einem markanten Rückgang der Durchlässigkeit zu sehen. Selbst viele Jahre nach der Aufschüttung der Kippe kann aber ihre Struktur nicht als homogen eingestuft werden. Insbesondere die hohe und ungleichmäßige Verformbarkeit der Kippenoberfläche stellt ein Erschwernis für eine weitere Bebauung dar. Die Gesamtfläche der Kippen der Braunkohletagebaue in Nordböhmen überschreitet aber wesentlich 100 km2 . Aus diesem Grund ist es notwendig sie für eine weitere Bebauung zu nutzen. Somit stellt eine Baugründung auf Kippen aus geotechnische Sicht eine langfristige Herausforderung dar.

 

Die Bautätigkeit

Die komplizierten mechanischen Eigenschaften der Kippen wirken sich auf die Bautätigkeit aus. Die Auswirkungen einer ungleichmäßigen Verformbarkeit der Kippe müssen bereits bei der Auswahl der Bauweise sowie entsprechender Methoden der Baugründung berücksichtig werden. Für eine erfolgreiche Baugründung müssen oftmals Maßnahmen zur Bodenverbesserung ergriffen werden, deren Ziel insbesondere die Beseitigung der Hohlräume ist. Die einzelnen Methoden der Bodenverbesserung werden im Kapitel Lösungsbeispiele diskutiert.

Bergbautätigkeit

Eine geringe Festigkeit einer degradierten Kippe hat grundlegende Auswirkungen auf die Bergbautätigkeit an sich. Die Standsicherheit der zeitweiligen sowie der endgültigen Kipppenböschungen gehört zu oft diskutierten Themen. Bei der Entstehung von Rutschungen auf den Böschungen der Kippen nimmt die Festigkeit an den Scherflächen auf residuale Werte ab, die auch 7° erreichen können. Somit ist eine Stabilisierung sowie Sanierung der entstandenen Rutschungen sehr aufwendig und kostspielig. Ein Beispiel einer Rutschung kann zum Beispiel die Rutschung im Bereich der Kippe des Tagebaus Merkur im Jahre 1985 sein, das Gesamtvolumen der Rutschung wurde damals mit 140 Millionen m3 Erdmassen beziffert (Větrovský, 2006).

Hydrogeologie

Einer der maßgeblichen Faktoren, die sich auf die Geschwindigkeit der Umgestaltung der Kippe auswirken, ist das Wasservorkommen. Somit ist der Wasserhaushalt der Kippe einer der grundlegenden Aspekte, die zu untersuchen sind. In einer frischen Kippe funktioniert ein System von verbundenen Lüftungsräumen als einer Quelle bevorzugter Drainagewege, durch die frei das Niederschlagswasser strömt. Das Wasservorkommen führt allmählich zur Steigerung der Plastizität der Klumpen und zur Schließung der verbundenen Hohlräume. In Abhängigkeit von den Bereichen der Versickerung kann aber diese Entstehung der Plastizität nur einen lokalen Charakter haben. Auf Abb. 7 sind die Quellen einer ungleichmäßigen Versickerung dargestellt, das können abflusslose   Absenkungen sein, die nur durch Niederschlag gespeist werden und in Geländefalten auf der Oberfläche der Kippe entstehen. 

Abb. 7: Quellen einer ungleichmäßigen Versickerung auf der Kippe Radovesická výsypka etwa 12 Jahre nach der Verkippung - - mit Niederschlagswasser gespeiste Absenkungen (Vojar et al., 2012).

Der Wasserhaushalt der Innenkippen umfasst eine schrittweise Sättigung der Kippe von den unteren Schichten in Folge des Anstiegs des Grundwasserspiegels. Dieser wurde während dem Abbau künstlich durch Pumpen abgesenkt, nach der Einstellung des Bergbaus kommt es zum Ausgleich des Grundwasserspiegels. Im Unterschied zur Versickerung des Niederschlags ist dieser Prozess flächendecken und kann fortschreitendes Versagen der Kippenstruktur in den gesättigten Bereich zur Folge haben. Dieses Phänomen, dass an vielen ähnlichen Standorten auch im Ausland (Charles, 2001) dokumentiert wurde, zeichnet sich durch eine plötzliche Setzung der Oberfläche ab, deren Folge eine Beeinträchtigung der Bauwerke ist.

Rekultivace krajiny

Die mechanischen Eigenschaften der Kippen sowie die Art der Rekultivierung der Bergbaufolgelandschaft tun sich gegenseitig beeinflussen. Die Form der Oberfläche nach der Rekultivierung muss eine langfristige Stabilität ausweisen, einschließlich der Uferböschungen künstlicher Restseen, die in gefluteten Restlöchern entstehen. Die Zuführung von Wasser in ein durch Bergbau betroffenes Gebiet hilft im Gegenteil einer rascheren Degradierung der Struktur der Kippen und ihrer Homogenisierung. Im Idealfall sollte das Gesamtkonzept der Rekultivierung der Landschaft mit einer Stabilisierung der mechanischen Eigenschaften der Kippenerden verbunden sein.

 

Lösungsbeispiel

Aus der bisherigen Darstellung ergibt sich, dass das Hauptproblem bei der Gründung von Bauwerken auf Kippen das schwierig einschätzbare Verhalten der Kippen ist, das insbesondere mit den Hohlräumen im Erdmaterial zusammenhängt. Deswegen ist es bei Baugründungen auf Kippen wichtig solche Arten von Bauwerken zu wählen, die nicht sensibel hinsichtlich ungleichmäßiger Setzungen des Baugrundes sind. Ein weiteres entsprechendes Aspekt der Lösung des Problems ist eine Reduzierung des Potentials der ungleichmäßigen Setzungen vor der eigentlichen Bautätigkeit, insbesondere mittels einer Minimierung der Hohlräume. Dazu können folgende Verfahren eingesetzt werden:

Wassersättigung

Die Zuführung von Wasser in den Körper der Kippe verursacht ein Aufweichen der Klumpen und beschleunigt die Umwandlung ihrer Struktur. Die Umwandlung der Struktur ist ein zwangsläufiger Prozess. der früher oder später eintreten muss. Eine gute Lösung beruht somit darin, diesen Prozess so zu beschleunigen, dass er im höchstmöglichen Maß noch vor Beginn der Baumaßnahmen auf der Kippe erfolgen kann. Ansonsten droht die Gefahr einer Beeinträchtigung der bereits bestehenden Bauwerke. Eine ideale Lösung ist eine fortschreitende Sättigung der Kippe in Folge des Grundwasseranstiegs. Wie bereits ausgeführt wurde, ist dieser Prozess nach der Einstellung des Bergbaus typisch für die Innenkippen. Versuche einer Sättigung der Kippen von der Oberfläche aus mit Hilfe von Versickerungsrinnen zeigten sich wirklich nicht wirksam. Der Grund dafür ist insbesondere die Tatsache, dass die Versickerung mittels bevorzugter Wege stattfindet. Die Umwandlung der Kippenstruktur erfolgt somit nur lokal,nicht in ihrem Gesamtvolumen.

Rüttelverfahren

Das Prinzip des Rüttelverfahrens ist die Anwendung eines rottierenden exzentrischen Gewichtes auf der Oberfläche der Kippe. Durch das drücken des Kippentons in die Seiten kommt es zur Verdichtung der Kippe und Reduzierung der Hohlraumvolumens. Das so entstandene Profil kann mit Ton mit ähnlichen Eigenschaften verfüllt werden, der fortschreitend verdichtet wird (Abb. 8). Alternativ kann das Profil diesseits und jenseits mit Kies oder Steingemisch mit einer höheren Tragfähigkeit als Ton gefüllt werden. Der Nachteil dabei ist, dass der durchlässige Kies eine Versickerung des Wassers in den Kippenkörper verursachen kann, wodurch die Gefahr der Setzungen nach der Vollendung des Bauwerkes zunimmt. Aktuell besteht dieses Risiko insbesondere bei frischen Kippen mit einem höheren Hohlraumwert (Větrovský, 2006).

Abb. 8: Beispiel der Bodenverbesserung mit Hilfe sog. Tinpfeiler (Vaníček a Vaníček, 2008)

Vorbelastung mit Hilfe einer Aufschüttung

Ein geeignetes Instrument zur Senkung ungleichmäßiger Setzungen ist eine Vorbelastung durch eine Aufschüttung. In dem Bereich des geplanten Bauvorhabens wird eine Aufschüttung ausgeführt, die im Idealfall auf der Kippenoberfläche eine größere Spannung auslöst, als das geplante Bauwerk. In Folge der Vorbelastung werden die Hohlräume reduziert. Die in Folge der Schließung der Hohlräume verursachten Setzungen stellen dann meistens ein relativ schnellen Prozess dar. Die Geschwindigkeit wird insbesondere durch das verbundene Porensystem verursacht. Dieses Verfahren verursacht zwar eine bestimmte Verzögerung vor der Ausführung des Bauwerkes (schätzungsweise im Umfang von Monaten) , als ein Vorteil dieser Methode kann aber die Tatsache betrachtet werden, dass die Aufschüttung unter Einhaltung der vorgeschriebenen Verfahren als eine Konstruktionsschicht des Bauvorhabens verwendet werden kann (zum Beispiel Dämme bei Linienbauwerken).

Dynamische Verdichtung

Die dynamische Verdichtung ist ein Verfahren, das auf wiederholten dynamischen Einschlägen eines schweren Gewichtes auf die Oberfläche der Kippe beruht. Das Gewicht sowie die Fallhöhe sind Parameter, die sich auf die Intensität der Verdichtung sowie die Reichtiefe auswirken. Die Verdichtung muss in einem entsprechend gewählten Raster durchgeführt werden, um ein gleichmäßiges Ergebnis in der gesamten betroffenen Fläche erreichen zu können. Aus einem Vergleich der dynamischen Verdichtung und der Vorbelastung durch eine Aufschüttung ergibt sich (Charles, 2008), dass bei den selben Setzungen der Oberfläche die statische Belastung durch die Aufschüttung eine größere Reichtiefe hat, während die dynamische Verdichtung eine höhere Effizienz in den flachen Schichten der Kippe ausweist.

Ersatz des Bodens

Eine weitere Möglichkeit ist der Ersatz des Kippenmaterials durch besseren Boden. Dieses Verfahren ist finanziell aufwendig und verursacht Probleme mit der weiteren Nutzung des Erdaushubs. In manchen Fällen kann aber dieses Verfahren für den Ersatz der Böden in der oberflächennahen Schicht genutzt werden, in der die größten Setzungen erwartet werden.

Weitere Verfahren

Es gibt noch eine Reihe von weiteren Methoden, deren Anwendung nicht ganz üblich ist.  Zu diesen gehört eine Vorbelastung mit Hilfe von Vakuum, Verdichtung mit Hilfe von gesteuerten Explosionen, Einspritzungsverfahren, Einsatz von Geokunststoffen, chemische Stabilisierung oder Einsatz vertikaler Drainagen, die zur Beschleunigung der Konsolidation zum Beispiel in Kombination mit der Vorbelastung durch die Aufschüttung dienen können. 

Modellierung von Versuchsdämmen im Rahmen der Autobahn D8

Als ein Beispiel eines konkreten Bauwerkes auf einer Kippe kann die Autobahn D8 Dresden - Prag dienen. Der Autobahnabschnitt zwischen Türmitz (Trmice) und Kninitz (Knínice) verläuft durch eine Gebiet, dass durch den Bergbau betroffen war. Etwa die Hälfte des 12 km langen Abschnitts befindet sich auf Kippen. Vor dem eigenen Bau der Autobahn wurden in der geplanten Strecke zwei Versuchsdämme aufgebaut, die einem Monitoring unterzogen wurden (Abb. 9). Diese Aufschüttungen wurden an Stellen gebaut, an denen die Autobahn die Kippe des Tagebaus Antonín Zápotocký durchtrennt. An Stellen der aufgeschütteten Dämme hatte die Kippe eine Mächtigkeit von etwa 25 - 30 m, war voll gesättigt und ihr abgeschätztes Alter war etwa 30 Jahre.

Abb. 9: Versuchsdämme auf der Strecke der zukünftigen Autobahn D8 vor Baubeginn.

Die Aufschüttungen wurden mit Inklinometern, mit tiefen magnetischen Referenzzeichen, die in Bohrungen in unterschiedlichen Tiefen unterhalb der Aufschüttungen installiert wurden, mit Profilen der hydrostatischen Nivellierung, mit denen die Setzungen der Kippenoberfläche unter den Aufschüttungen aufgezeichnet werden können und mit Geräten für die Messung des Porendrucks bestückt. Der gesamte Zeitraum für die Messungen der Reaktion der Kippe auf die Vorbelastung mit Aufschüttungen war 3  und 6 Jahre für die unterschiedlichen Aufschüttungen.

Im Rahmen einer weiteren Studie wurden die Ergebnisse des Monitoring nachher mit einem physikalischen Modell verglichen, der in der geotechnische Schleuder am ETH in Zürich in der Schweiz getestet wurde (Najser et al., 2010). Gleichzeitig wurde mit Hilfe eines fortgeschrittenen Konstitutionsmodells (hypoplastisches Modell für Tone mit einer metastabilen Struktur)  eine numerische Modellierung durchgeführt (s. Mašín, 2007). Das Ziel des Forschungsprojektes war es, so weit wie komplexe Vorstellungen über die mechanischen Eigenschaften alter Kippen zu erhalten.

Die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes können in folgende Punkte zusammengefasst werden:

•    Wechselnde Zusammendrückbarkeit der Kippe zeigte sich auch im Fall einer 30 Jahre alten Kippe mit einer markant degradierten Struktur.
•    Während der Modellierung wurden die Verformungsmechanismen dokumentiert und bestätigt, die auf Abb. 5 dargestellt sind..
•    Die Zusammendrückbarkeit einer Kippe besteht aus zwei Phasen (Abb. 10). Während der ersten Phase werden die Hohlräume geschlossen, dies zeigt sich durch eine schnelle Setzung der Kippenoberfläche unter Entstehung ungleichmäßiger Deformationen. Während der zweiten Phase stellt sich eine langsamere Konsolidierung ein, die sich in langsameren Setzungen widerspiegelt. Diese Phase findet auf einer Kippe mit geschlossenen Hohlräumen und einer deutlich reduzierten Durchlässigkeit dar, dadurch dauert die Konsolidierung länger.

sednutí pod násypem

Setzung unter der Aufschüttung

dokončení  násypu

Fertigstellung der Aufschüttung

doba po vybudování násypu (dny)

Zeit nach der Fertigstellung der Aufschüttung

 

Abb. 10 Verlauf der Setzungen der Kippe unter der Versuchsaufschüttung Die erste Phase einer markanten und schnellen Setzung ist mit der Schließung der Hohlräume in der Kippe verbunden. Die folgenden langfristigeren Setzungen mit einem wesentlich geringeren Umfang hängen mit einer fortschreitenden Konsolidierung der Kippe zusammen. Ein Teil der langfristigen Setzungen wird wahrscheinlich auch durch den creep beeinflusst (Boháč und Škopek, 2004).

 

  • ·         Eine physikalische sowie numerische Modellierung der mechanischen Eigenschafften einer Kippe ist ein sehr komplizierter Prozess. Die Grundlage für ein erfolgreiches Modell ist eine genaue Kenntnis einer Reihe von Parametern (die Korngrößenverteilung der Klumpen, Verlauf der Aufschüttung, Verlauf der Sättigung der Kippe, die Heterogenität des Materials etc.). Weil diese Parameter in der Zeit der Entstehung der Kippe sowie in den folgenden Jahren nicht erfasst werden, arbeitet jedes Modell mit einem großen Maß an Unsicherheit.

·         Eine bedeutende Auswirkung, die die Umwandlung der Struktur der Kippe beschleunigt, ist ihre Verwitterung in Folge einer zyklischen Wassersättigung in der oberflächennahen Zone. In den oberen 10 Metern der Kippe kann in Folge der Verwitterung 60 - 80% des Gesamtvolumens der Hohlräume zwischen den einzelnen Klumpen degradieren. Auf Abb. 11 sind die Unterschiede zwischen den Setzungen unter der Versuchsaufschüttung in unterschiedlichen Tiefen im Vergleich mit einem Modell in einer Zentrifuge dargestellt. Das Modell in der Zentrifuge kann die Auswirkungen der Verwitterung nicht in Betracht ziehen, das zeigte sich durch ein höheres Maß an Setzungen in den oberen 10 Metern der Kippe.

sednutí

Setzungen

pokusný násyp č. 2

Testaufschüttzung Nr.2

model v centrifúze

Modell in Schleuder

hloubka

Tiefe

Abb. 11: Verlauf der Setzungen in Folge der Vorbelastung durch eine Vorbelastung. Vergleich der Versuchsaufschüttung und des Modells in der Zentrifuge.

 

Abschließend kann festgestellt werden, dass Bauen auf Kippen trotz ihren ungünstigen Eigenschaften möglich ist. Das kann durch eine Reihe von erfolgreichen Bauwerken aus den vergangenen Jahrzehnten nachgewiesen werden. Zu diesen gehören zum Beispiel die Bauwerke der Autorennstrecke, des Hippodroms oder des Flugplatzes in der Umgebung von Brüx (Most). Ein Beispiel eines sehr komplizierten Linienbauwerks ist zum Beispiel der Seestadtler Korridor (Ervěnický koridor). Im Rahmen seines Baus wurde eine Eisenbahnstrecke, eine Straße der ersten Ordnung und der Fluss Bílin (Bílina) auf der Krone eines riesigen aufgeschütteten Damms verlegt, der durch Kippenböden gebildet ist. Die Höhe des Damms erreicht bis 171 m, die Breite am Fuße 2 600 m und in der Krone 260 m. Die Länge des Damms beträgt 3,6 km und mit einem Gesamtvolumen angewendeter Kippenböden von 540 mil. m3 ist es eines der größten Erdbauwerke weltweit (Vaníček a Vaníček, 2008). Viele weitere kleinere Baumaßnahmen einschl. Einfamilienhäuser sind ein Nachweis dafür, dass bei Einsatz einer passenden Konstruktion, der Art der Baugründung und einer Verbesserung des Bauuntergrundes die Kippen ohne größeren Probleme für Baumaßnahmen angewendet werden können.

Podklady/Multimédia

Datenquellen

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Charles, J.A. 2008. The engineering behaviour of fill materials: the use, misuse and disuse of case histories. Géotechnique, 58(7), 541–570.

Charles, J.A. a Watts, K.S. 2001. Building on fill: geotechnical aspects. 2nd edition. Construction Research Communications, London.

Feda, J. 1998. Fragmentary clay – a difficult waste material. Engineering Geology, 51, 77–88.

Kostkanová,V., Herle, I. a Boháč, J., 2014. Transitions in structure of clay fills due to suction oscillations. Procedia Earth and Planetary Science 9, 153-162.

Mašín, D. 2007. A hypoplastic constitutive model for clays with meta-stable structure. Canadian Geotechnical Journal, 44(3), 363-375.

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Najser, J., Pooley, E., Springman, S. M., Laue, J. a Boháč, J. 2010b. Mechanisms controlling the behaviour of double porosity clayfills – in situ and centrifuge study. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 43, 207-220. (ISSN 1470-9236).

Vaníček, I. a Vaníček, M. 2008. Earth structures in transport, water and environmental engineering. Springer.

Větrovský M., 2006. Příspěvek k řešení problematiky zakládání staveb na báňských výsypkách severočeského hnědouhelného revíru. disertační práce Ph.D., Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Katedra geotechniky a podzemního stavitelství, Ostrava.

Vojar, J., Doležalová, J. a Solský, M. 2012. Hnědouhelné výsypky – nová příležitost (nejen) pro obojživelníky. Ochrana přírody 3, 8-11.

www.geology.cz – mapový podklad