Interpretation von Drucksondierungen
Drucksondierungen sind häufig verwendete Feldversuche, welche ein kontinuierliches Tiefenabbild für die Messgrößen Spitzenwiderstand und Mantelreibung liefern. Aufgrund der schnellen und verhältnismäßig einfachen und preiswerten Durchführung wurde dieses Bodenerkundungsverfahren ausgewählt, um die Prognosemodelle für die Scherfestigkeitsentwicklung in Tagebau-Kippenböschungen zu überprüfen. Allerdings bedarf es für diese Anwendung einige Anpassungen, da die meisten empirischen Auswertungen für natürliche Böden entwickelt wurden und für Kippenböden nicht zutreffen. Daher wurden Kalibrierungsversuche im Tagebau durchgeführt, welche aus der Entnahme eines Bohrkernes und ringsherum angeordneten Drucksondierungen bestanden. Neben der Anpassung der empirischen Auswertungen erfolgt die Erweiterung einer semi-empirischen Auswertungsvariante unter zu Hilfenahme der Theorie der Hohlraumaufweitung für feinkörnige Böden.
Des Weiteren werden Drucksondierungen bezüglich ihrer Scherfestigkeitsprognosen ausgewertet und mit den aus den Kalibrierungsversuchen gewonnenen Kalibrierfaktoren verglichen.
Drucksondierraupe im Tagebau
Um die empirische Auswertung der undrainierten Scherfestigkeit mit Drucksondierungen zu kalibrieren, wurden in mehreren Tagebauen Drucksondierungen durchgeführt und gleichzeitig an den selben Positionen auch Bohrkerne abgeteuft. Diese Bohrkerne wurden dann im bodenmechanischen Labor der TU Dresden bezüglich der Klassifiaktions- und Festigkeitseigenschaften untersucht. Unter Zuhilfenahme von statistischen Auswertungen für die Drucksondierungen ließen sich anschließend für sehr inhomogene Böden die Kalibrierungsfaktoren bestimmen.
Auswertung einer Drucksondierung (Bodentypen und undrainierte Scherfestigkeit)
Laborversuchsergebnisse einer Bohrung mit Schichtendarstellung (Hintergrundfarben)
Zur Validierung verschiedener Bodenkenngrößen ist es sinnvoll die Randbedingungen bei einem Versuchsdurchlauf (Labor bzw. in-situ) selber steuern zu können. Dies ist bei Feldversuchstechniken, wie der Drucksondierung, sehr schwierig bis unmöglich. Daher werden in Versuchsgruben (vorrangig für grobkörnige Böden) oder im Labor Modellversuche durchgeführt. Im Institut für Geotechnik wurden und werden kleinmaßstäbliche Drucksondierungen an feinkörnigen Böden realisiert. Speziell dafür wurde eine Versuchsanlage entworfen, mit welcher eine Bodenprobe mit einer Miniaturdrucksonde (siehe Bild) durchfahren werden kann. Zudem lassen sich auch verschiedene Spannungszustände auf die Bodenprobe aufbringen, sodass z.B. der Einfluss des Spannungsniveaus (gleichbedeutend mit unterschiedlichen Tiefen) auf den Spitzenwiderstand und die Mantelreibung untersucht werden kann. Die Versuchsergebnisse werden anschließend zur Validierung der numerischen Hohlraumaufweitung aber auch zur Überprüfung empirischer Auswertungen genutzt.
Explosivdarstellung der Drucksondenspitze
Beim Einbringen der Drucksondenspitze in den Baugrund wird der Baugrund verdrängt. Ein vereinfachtes Modell dafür ist die numerische Hohlraumaufweitung. Am Institute für Geotechnik wird derzeit erforscht, ob sich das Modell auch auf feinkörnige Böden anwenden lässt. Hierfür werden im Labor durchgeführte Drucksondierungen mit der numerischen Hohlraumaufweitung nachgerechnet und die Ergebnisse, z.B. für die Entwicklung des Spitzenwiderstandes, miteinander verglichen. Für die numerischen Berechnungen werden fortgeschrittene Stoffmodelle verwendet.
Modell der Hohlraumaufweitung