Jahresbericht 2016 G² Gruppe Geotechnik
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Unsere Forschungsthemen<br />
9<br />
Dynamische Messungen im Labor –<br />
unser FuE-Projekt TCDyn<br />
Die messtechnische Erhebung bodenmechanischer Kennwerte<br />
einer mechanisch beanspruchten Bodenprobe<br />
erfolgt durch triaxiale Laborversuche. Dadurch kann<br />
man die Beanspruchung einer Bodenprobe in einer gewünschten<br />
Tiefe unter Berücksichtigung der Axial- und<br />
Radialspannungen simulierten. Dabei wird nach einem<br />
Sättigungsvorgang ein isotroper Spannungszustand eingeleitet,<br />
der der Ursprungsspannung der Bodenprobe<br />
entspricht. Anschließend erfolgt eine Überbelastung<br />
durch eine eingekoppelte Axiallast. Für den Triaxialversuch<br />
wird ein zylindrisches Bodenelement in einer Triaxialzelle<br />
durch umgebendes Zellwasser radial belastet. Die axiale<br />
Lasteinleitung erfolgt durch das Eindrücken eines Laststempels.<br />
Zusätzlich kann der Druck des Porenwassers<br />
innerhalb des Bodenelements gemessen bzw. beeinflusst<br />
werden. Durch Triaxialversuche erfassen wir bodenmechanische<br />
Kennwerte wie Bruchspannungen, Kohäsion<br />
und Scherfestigkeit nach DIN 18137-2. Eine Darstellung<br />
und Auswertung der Messergebnisse erfolgt am<br />
MOHR’schen Spannungskreis durch eine eigene Anwendung.<br />
Bautechnisch ergeben sich häufig plastische und<br />
elastische Verformungen des Boden-Wasser-Luft-Systems<br />
durch zeitlich veränderliche dynamische Lasten. Diese<br />
sind beabsichtigt (z. B. Vibrationsverdichtung) oder<br />
nicht erwünscht (Maschine-Boden-Interaktion). Bei<br />
zeitlich veränderlichen Lasten treten typischerweise<br />
Frequenzen zwischen 20 bis 80 Hz auf. Die Zielstellung<br />
von <strong>G²</strong> <strong>Gruppe</strong> <strong>Geotechnik</strong> sowie dem Projektpartner<br />
und Gerätehersteller GEOMATION GmbH ist die Weiterentwicklung<br />
der bestehenden Triaxialanlage der HTWK<br />
Leipzig für die Durchführung hochfrequenter dynamischer<br />
Triaxialversuche. Deshalb erfolgte Anfang <strong>2016</strong> eine<br />
Analyse verschiedener Maschinenparameter (Lastamplituden-<br />
und Frequenzgang etc.) der integrierten Prüfpresse.<br />
Die Messungen dazu wurden unter Verwendung von Metall-<br />
und Kunststoffprobekörpern sowie von Karlsruher<br />
Sand und einem regionalen Auelehm durchgeführt. Das<br />
Messsystem der Prüfpresse wurde um einen Datenlogger<br />
erweitert, der eine Abtastung der Signale des Kraftund<br />
des Wegsensors auf 1 kHz ermöglichte. Um eine<br />
hochfrequente Bewegung des Laststempels auch bei<br />
starker plastischer Verformung einer Bodenprobe gewährleisten<br />
zu können, musste eine Rückwirkung der<br />
Axiallast auf den Zelldruck verhindert werden. Im Herbst<br />
<strong>2016</strong> wurde ein volumenkompensierender Zellaufsatz<br />
fertiggestellt, durch den nun eine Entkopplung zwischen<br />
Axial- und Radiallast möglich ist – damit haben wir<br />
erstmalig gemeinsam mit dem Forschungspartner für<br />
dieses versuchstechnische Problem eine funktionsfähige<br />
Lösung (Prototyp) entwickelt. In <strong>2016</strong> erstellten wir<br />
eine Übersicht über alle statischen und dynamischen<br />
Triaxialversuche, sowie deren Teilversuche mit Verweis<br />
auf die jeweilig gültige Norm (kann über uns oder über<br />
www.g2-gruppegeotechnik bezogen werden). Darauf<br />
aufbauend konnten wir das unterschiedliche Verhalten<br />
der Versuchsböden im dynamischen triaxialen Spannungsfeld<br />
nachweisen und beschreiben.<br />
In 2017 ist die Entwicklung und Fertigung<br />
eines Zelldruckerzeugersystems vorgesehen,<br />
welches in der Lage sein soll, eine große<br />
Wassermenge aus der Triaxialzelle hinein<br />
und heraus zu bewegen, um damit eine<br />
zeitlich veränderliche Radiallasteinleitung<br />
zu gewährleisten. Das Projekt TCDyn wird<br />
im Sommer 2017 abgeschlossen. Die <strong>G²</strong><br />
<strong>Gruppe</strong> <strong>Geotechnik</strong> plant, ihre Forschungen<br />
auf dem Gebiet der Triaxialmessungen und<br />
-geräteweiterentwicklung auszubauen, deshalb<br />
sind weiterführende Forschungsanträge<br />
in Vorbereitung.<br />
Projektdaten:<br />
Gemeinsam mit Geomation entwickelter Druckausgleicher<br />
Modifizierter Druckversuch im Trixialgerät mit Datenerfassung<br />
durch Hochgeschwindigkeitskamera<br />
Förderkennzeichen: KF2180220SA4<br />
Förderprogramm:<br />
Zentrales Innovationsprogramm<br />
Mittelstand<br />
Laufzeit: 06/2015 – 05/2017<br />
Projektbearbeiter:<br />
Dr. Friedemann Sandig,<br />
Sven Martin<br />
Foto: Robert Weinhold, HTWK Leipzig