Forschungspro­jekte der Professur für Bodenmechanik und Grundbau

© Bozana Bacic

Die Bodenverflüssigung wird wesentlich von den granulometrischen Eigenschaften des Bodens beeinflusst. Die höchste Neigung zur Verflüssigung haben sandige Böden. Für diese Böden kann bei voller Wassersättigung eine Verdichtung nur durch das Ausdrücken des Porenwassers stattfinden. In Abhängigkeit von der Wasserdurchlässigkeit des Bodens können dabei Porenwasserüberdrücke entstehen, die die effektiven Spannungen bei gleich bleibenden totalen Spannungen verringern. Entsprechen die Porenwasserüberdrücke den effektiven Spannungen, zerfällt das Korngerüst und der Boden verhält sich wie eine Flüssigkeit.

Im Rahmen dieses Projekts wird die Verflüssigungsneigung verschiedenere grobkörniger Böden anhand eines eigen entwickelten Identifikationsversuches beurteilt.

© Bozana Bacic

Dazu wird auch ein numerisches Modell mit einem fortgeschrittenen hypoplastischen Stoffmodell erstellt.

Förderung

DFG

Bearbeiterin

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

Name

Božana Baćić M. Sc.

Forschung, Modul: BIW4-10

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Organisationsname

Professur Bodenmechanik und Grundbau

Professur Bodenmechanik und Grundbau

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Neuffer-Bau (NEU), NEU 104 George-Bähr-Str. 1a

01069 Dresden

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Laufzeit

10/2016 - 04/2024 (1.+2. Phase)

Veröffentlichungen zum Projekt

• B. Baćić und I. Herle, “Density-Dependent Pore Water Pressure Evolution in a Simpli-
  fied Cyclic Shear Test,” International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering,
  Vol. 9, Nr. 4, Juli 2023. DOI: 10.1007/s40891-023-00469-4 .
• B. Bacic und I. Herle, “Aufbau des Porenwasserdrucks in Böden mit unterschiedlichen
  granulometrischenEigenschaften,” in Ohde-Kolloquium / Geotechnische Herausforde-
  rungen: Mehrphasenströmung, Strömung-Boden-Interaktion und Struktur-Boden Wechselwirkungen im Fokus, Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe, 2023.
• B. Bacic und I. Herle, “A simplified cyclic shear test for pore water pressure evoluti-
  on,” in Proceeding of the 17th Danube European Conference on Geotechnical Engineering (17DECGE), 2023.
• B. Bacic und I. Herle, “A simplified cyclic shear test for pore water pressure build-
  up of different soils,” in Proceeding of the 8th International Symposium on Deformation Characteristics of Geomaterials, ISSMGE, 2023.
• Bacic, Bozana; Herle, Ivo: A simple method for the determination of sensitivity to density changes in sand liquefaction . In: Open Geomechanics 2 (2020). DOI: 10.5802/
  ogeo.6.
• Bacic, Bozana: Laboratory evaluation of liquefaction potential for coarse-grained soils. In: XVII European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (2019)
• Bacic, Bozana; Herle, Ivo: Identification test for soil liquefaction. In: International Symposium on Deformation Characteristics of Geomaterials (2019)
• Bacic, Bozana; Herle, Ivo: Beurteilung der Verflüssigungsneigung grobkörniger Böden. In: Mitteilungen - Institut für Geotechnik, TU Dresden Heft 24 (2018), S. 115–126
• Schwiteilo, E.; Herle, I.: Index test for liquefaction potential considering the granulometric properties. In: Geomechanics from Micro to Macro 1 (2014), S. 1105–1110
• Herle, Ivo; Schwiteilo, Erik: Bodenverflüssigung als Indexversuch. In: Beiträge zum 2. Kolloquium Bodenverflüssigung bei Kippen des Lausitzer Braunkohlebergbaus (2014), S. 147–158
• Schwiteilo, E.; Herle, I.: Modell- und Elementversuche zur Bodenverflüssigung. In: Mitteilungen des Instituts für Geotechnik / Ohde-Kolloquium 2014, Mitteilungen des Instituts für Geotechnik, TU Dresden 19 (2014), S. 181–192

© Kornelia Nitzsche

Das mechanische Verhalten der Stra-ßenkonstruktion unter der Verkehrs-belastung ist von den Eigenschaften des Untergrunds abhängig. Allerdings sind die mechanischen Eigenschaften des Bodens und seine Antwort ebenfalls von der Belastung abhängig. Aufgrund dieser Wechselwirkung lassen sich diese beiden Komponenten nicht in Einwirkungen und Widerstände unterscheiden. Da das Bodenverhaltenstark nichtlinear und inelastisch ist, können sich die Verformungen des Untergrunds über längere Zeiträume zu nicht vernachlässigbaren Beträgen aufsummieren. Die Akkumulation von Verformungen im Untergrund hängt dabei von den zyklischen Änderungen der Zustandsgrößen ab. Dazu gehören vor allem die effektiven Spannungen, welche sich nicht nur infolge der Verkehrsbelastung, sondern auch durch Schwankungen der Porenwasserdrücke verändern. Zu den weiteren Einflussgrößen auf das Untergrundverhaltenzählen die Temperatur, der Wassergehalt (Sättigungsgrad) und die Bodenstruktur. Die Steifigkeit und die Festigkeit des Bodens sind demzufolge keine Stoffparameter, sondern zustandsabhängige Größen, die nur mit Hilfe von Stoffmodellen mit Gedächtnis realistisch erfasst werden können. Dabei ist der Einfluss des relativ niedrigen Spannungsniveaus unter der Straßenkonstruktion auf das mechanische Bodenverhalten bei zyklischer Änderung von den maßgebenden Zustandsgrößen kaum erforscht. Dieses Projket soll deshalb die Akkumulationsprozesse im Untergrund infolge der Wechselwirkung mit der Straßenkonstruktion und den weiteren Umgebungsvariablen untersuchen und beschreiben. Die wechselnde Steifigkeit des Untergrunds soll dabei permanent evaluiert werden, um bei stärkerem Aufweichen (z. B. durch einen Anstieg von Porenwasserdrücken oder durch Volumenänderungen) lokale Maßnahmen im Untergrund einzuleiten, bevor die Straßenkonstruktion hierdurch überbeansprucht wird. Die Evaluation der Steifigkeit erfolgt durch punktuelle Messungen im vordefinierten Beobachtungsnetz. Im Rahmen des Forschungsprojektes wird ein Modelstand entwickelt, in welchem die Belastung infolge Radüberfahrten simuliert und die damit verbundenen Spannungs-, Setzungs- und Porenwasserdruckänderungen registriert werden.

Förderung

DFG

Bearbeiter

© Institut für Geotechnik

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Name

Dipl.-Ing. Sebastian Ullmann

Forschung, Modul BIW2-03

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Professur Bodenmechanik und Grundbau

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Neuffer-Bau (NEU), NEU 106 George-Bähr-Str. 1a

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© Institut für Geotechnik

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

Name

Dipl.-Ing. Selma Schmidt

Forschung, Lehre: BIW2-03, BIWE-04

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Laufzeit

01/2022-12/2025

Veröffentlichungen zum Projekt

Am Institut für Geotechnik der TU-Dresden werden in Zusammenarbeit mit der Abteilung Gebirgs- und Bodenmechanik der RWE Power AG geotechnische Fragestellungen im Bezug auf Tagebauböschungen wissenschaftlich begleitet.

© Vladislava Kostkanova

Die von der Bundesregierung beschlossene Umsetzung der Empfehlungen der Kommission für „Wachstum, Strukturwandel und Beschäftigung“ stellt den Tagebaubetrieb vor zahlreiche neue geotechnische Fragestellungen im Bereich der Mittel- und Langfristperspektive. Hierbei werden unter anderem die geotechnischen Bodenparameter von Randböschungen im geplanten Endzustand untersucht. Gerade bei Fragen der Standsicherheit ergeben sich im Bezug auf den Endzustand von Tagebauböschungen eine Vielzahl von Fragestellungen. Insbesondere die Herstellung von Tagebaurestseen und die dazu nötige Flutung der Tagebaue eröffnet weitreichende Themenfelder zur Untersuchung der Bodeneigenschaften. Am IGT werden neben theoretischen Untersuchungen Laborversuche zur Bestimmung der Bodeneigenschaften der Tagebauböden durchgeführt.

Förderung

RWE Power AG

Bearbeiter

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

Name

Božana Baćić M. Sc.

Forschung, Modul: BIW4-10

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Professur Bodenmechanik und Grundbau

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Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Name

Dr.-Ing. Markus Uhlig

Verantwortlicher für das Labor; Module: BIW2-18, BIW3-04, BIW4-10

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Professur Bodenmechanik und Grundbau

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Neuffer-Bau (NEU), Labor NEU 07 George-Bähr-Str. 1a

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Laufzeit

01/2021-06/2025

Veröffentlichungen zum Projekt

Bei der Durchführung und Auswertung von Standardlaborversuchen, wie der Triaxialversuch, wird üblicherweise angenommen, dass die Bodenprobe während des Versuchs homogen ist. Durch diese Annahme kann über die gesamte Probe homogenisiert werden und das global gemessene Spannungs-Dehnungs-Verhalten entsprecht damit dem Verhalten des Materialpunkts.

Die Annahme der Homogenität wird augenscheinlich verletzt, sobald sich eine oder mehrere Scherzonen in der Probe ausbilden. In diversen Forschungsarbeiten wurde außerdem gezeigt, dass die Probe bereits zu Beginn des Versuchs heterogen ist und sich Scherbänder innerhalb der Probe ausbilden können, selbst wenn diese nicht global sichtbar sind.

Um die Heterogenität der Bodenprobe bei der Auswertung von Triaxialversuchen berücksichtigen zu können, muss diese zunächst charakterisiert werden. Hierbei ist die Röntgencomputertomographie (CT) ein wertvolles Hilfsmittel, denn sie ermöglicht die Analyse der Bodenprobe auf der Kornebene. Außerdem muss ein geeignetes Beobachtungsfenster - ein repräsentatives Elementarvolumen (REV) - für die lokale Auswertung der Bodenvariablen, wie z.B. die Porenzahl, gewählt werden. Die Größe des REV darf nicht zu klein gewählt werden, da sich sonst keine ausreichende Anzahl Körner innerhalb des Elements befindet, und auch nicht zu groß, da die Heterogenität der Probe sonst nicht erfasst werden kann.

Das REV wird dann in einem regelmäßigen Raster in der Probe platziert und somit die statistische Verteilung der Bodenvariablen im Anfangszustand der Probe und dessen Entwicklung im Laufe des Triaxialversuchs ermittelt. Alternativ kann außerdem das Bodenverhalten in ausgewählten REVs innerhalb der Probe, wie z.B. in der sich bildenden Scherzone, ausgewertet werden. Dabei wird vor allem deutlich, dass sich der Boden in verschiedenen Bereichen der Probe sehr unterschiedlich verhält.

© Selma Schmidt

Förderung

DFG

Bearbeiterin

© Institut für Geotechnik

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

Name

Dipl.-Ing. Selma Schmidt

Forschung, Lehre: BIW2-03, BIWE-04

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Organisationsname

Professur Bodenmechanik und Grundbau

Professur Bodenmechanik und Grundbau

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Neuffer-Bau (NEU), 106 George-Bähr-Str. 1a

01069 Dresden

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Laufzeit

05/2023 - 04/2024

Veröffentlichungen zum Projekt

Schmidt, S., Herle, I., 2024. Heterogeneous and scale-dependent behaviour of an initially dense sand specimen in triaxial compression. Preprint. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-4360008/v1.

Schmidt, S., Wiebicke, M., Herle, I., 2023. Characterisation of the heterogeneity of a sand specimen in triaxial compression using x-ray CT and representative elementary volumes. Proceedings of the 8th International Symposium on Deformation Characteristics of Geomaterials, https://doi.org/10.1051/e3sconf/202454404003.

Schmidt, S., Wiebicke, M., Herle, I., 2022. On the determination and evolution of fabric in representative elementary volumes for a sand specimen in triaxial compression. Granular Matter 24:97, https://doi.org/10.1007/s10035-022-01262-2.

Feinkörnige Bodenschichten sind nur schwach durchlässig und können so für das Grundwasser zu einer Sperrschicht werden. Durch verschiedene hydraulische Randbedingungen kann es dazu kommen, dass Grundwasser unterhalb einer solchen Sperrschicht "gespannt" vorliegt, d.h. das der Wasserdruck höher ist, als er es allein durch den hydrostatischen Druck wäre. Da die feinkörnige Bodenschicht nicht komplett wasserundurchlässig ist, stellt sich eine Wasserströmung in höhergelegene Schichten ein. Infolge des hydraulischen Gradienten können Bodenpartikel aus der feinkörnigen Schicht in die darüberliegende grobkörnigere Schichte gespült werden. Durch das ausgespülte Material kommt es zu einem lokal sich beschleunigenden Wasserdurchfluss mit einem möglichen Versagen der Sperrschicht und der darüberliegenden Bereiche. Dieser Erosionsdurchbruch einer Bodenschicht kann auch als "Piping" bezeichnet werden.

© Johannes Welsch

Zur Untersuchung eines feinkörnigen Bodenmaterials hinsichtlich der Sicherheit gegen Erosionsdurchbruch, wurden am Institut für Geotechnik Modellversuche in einer Versuchszelle durchgeführt. Hierfür wurde ein künstlicher Bodenaufbau aus Filterschicht (Sand/Kies), Dichtschicht (ausgeprägt plastischer Ton) und Filterschicht (Sand/Kies) von unten nach oben durchströmt, bis ein Versagen der Dichtschicht eintrat. Um die verschiedenen Einflüsse auf die Erosionssicherheit zu untersuchen, wurden der Spannungszustand (Auflastspannung), die Spannungsgeschichte (Überkonsolidierungsgrad) und die Korngröße des Filtermaterials verändert.

Die Versuche zeigten, dass die Sicherheit gegenüber einem Erosionsdurchbruch in der feinkörnigen Schicht steigt, wenn das Filtermaterial feiner wird, die Auflastspannung steigt oder der Überkonsolidierungsgrad der Dichtschicht höher ist.

Förderung

Drittmittel durch Industriepartner

Bearbeiter

Dr.-Ing. Johannes Welsch

Laufzeit

09/2016 - 02/2017

Veröffentlichungen zum Projekt

• Welsch, Johannes; Herle, Ivo: Erosion experiments on fine grained soils and their theoretical evaluation. In: 26th European Young Geotechnical Engineers Conference (2018)
• Welsch, Johannes; Herle, Ivo: Anwendung der Dimensionsanalyse zur Untersuchung des Erosionsdurchbruches in feinkörnigen Böden. In: Mitteilungen - Institut für Geotechnik, TU Dresden Heft 24 (2018), S. 83–98

Kooperation zwischen: TPH Bausysteme GmbH, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik sowie Institut für Geotechnik der TU Dresden

Ein Großteil an Deichen und Dämmen wird aus technologischen und ökonomischen Aspekten mit einer unvollkommenen Dichtung versehen. Durch fließendes Wasser hervorgerufene Prozesse, wie Suffosion oder Kontakterosion, schwächen jedoch die Erdbauwerke. Dadurch wird deren Wasserdurchlässigkeit erhöht und es bilden sich Erosionskanäle, welche wiederum die Standsicherheit der Erdbauwerke verringern.

Ziel des Projektes war es, für diese durch Erosionsprozesse entstandenen Schwachstellen ein kompaktes und effektives Abdichtungsverfahren in Form einer Injektionsmethode zu entwickeln. Im praxisbezogenen Kooperationsprojekt mit TPH Bausysteme ließ sich mit Hilfe von Kunststoffinjektionen, hinsichtlich des Neubaus, ein gleich- oder sogar höherwertiges Abdichtungsniveau in Damm- und Deichkörpern erzeugen.

© Vladislava Kostkanova

© Vladislava Kostkanova

Die Optimierung und Modifizierung der Injektionstechnologie erfolgte mittels Großversuchen (Höhe Dammkörper ca. 2m) im Wasserbaulabor der TU Dresden. Im bodenmechanischen Labor hingegen wurden die mechanischen Eigenschaften der Injektionskörper, vor allem einaxiale Druckfestigkeit, Durchlässigkeit und Scherfestigkeit, bestimmt. Weitere Optimierungsmaßnahmen konnten die Erstellung einer durchgängigen, kompakten Dichtwand ermöglichen, welche eine bedeutend niedrigere Durchlässigkeit aufwies als der umliegende Boden.

Förderung

BMWi

Bearbeiter

RNDR. Vladislava Kostkanová PH.D. (ehem. Herbstova)

Silvio Gesellmann

Laufzeit

01/2015 - 10/2016

Veröffentlichungen zum Projekt

• Kostkanova, Vladislava; Strauß, Benjamin; Helbig, Ulf; Tintelnot, Götz: Abdichtung von Damm- und Deichkörpern mittels kunststoffbasierter Dichtungsysteme. In: BAW-Mitteilung (2016), S. 119–128

Die Anwendung von Schotter- oder Betonsäulen zur Verhinderung von Bodenverflüssigung hat in den letzten Jahren zugenommen. Untersuchungen zu deren Funktionsweise sind jedoch kaum vorhanden. Dies lässt sich damit begründen, dass sowohl numerische Berechnungen mit einfachen Stoffmodellen als auch kleinmaßstäbliche Laborversuche problematisch sind.

In diesem Projekt wurde die Anwendung von Bodenverbesserungssäulen als Prävention zur Bodenverflüssigung numerisch untersucht. Hierfür wurde ein hypoplastisches Stoffmodell verwendet. Das Augenmerk der Untersuchung lag dabei auf dem Einfluss von Steifigkeit und Durchlässigkeit der Säulen.

Bearbeiter

Dr.-Ing. Jamal Hleibieh

Laufzeit

04/2012 - 04/2016

Veröffentlichungen zum Projekt

• Hleibieh, Jamal: Prevention of soil liquefaction using stone columns. In: 25 th European Young Geotechnical Engineers Conference (2016)
• Herle, I.; Hleibieh, J.: Prevention of soil liquefaction using stone or concrete columns. In: Beitrag in XV Danube - European Conference on Geotechnical Engineering (DECGE 2014) 1 (2014), S. 291–296
• Hleibieh, J.: Bodenverbesserungssäulen als Prävention der Bodenverflüssigung bei Erdbebenbeanspruchung. In: Workshop - Bemessen mit numerischen Methoden. TU Hambrug-Harburg, Grabe, J. (Herausgeber), 123-137, (2013), S. 123–137

Das sehr komplexe bodenmechanische Verhalten wird in der Praxis meist nur über den Ansatz einfacher Stoffmodelle beschrieben. Dabei wird am häufigsten das linear-elastisch, ideal-plastische Stoffmodell mit der Grenzbedingung nach Mohr-Coulomb verwendet. Die dafür verwendeten Stoffparameter E, ν, φ, c' und ψ werden dabei, unabhängig vom Bodenzustand, als Konstanten angesehen. Eine Betrachtung des Bodenverhaltens über diesen vereinfachten Ansatz spiegelt unter Umständen keine objektive und zuverlässige Charakterisierung des Bodenmaterials wieder.

Das Konzept der kritischen Zustände, die sogenannte "Critical State Soil Mechanics" (CSSM), erlaubt eine zuverlässige und effiziente Bestimmung von Scherkennwerten. Die ermittelten Parameter können relativ einfach nachvollzogen und auf Plausibilität überprüft werden. In der Theorie werden vor allem zustandsunabhängige Parameter wie φc (kritischer Reibungswinkel) oder Cc bzw. Cs (Kompressions- bzw. Schwellbeiwert) im Labor eindeutig bestimmt und daraus zustandsabhängige Parameter abgeleitet.

Im Projekt wurde eine systematische Vorgehensweise erarbeitet, die eine routinemäßige Anwendung der CSSM-Theorie im industriellen Alltag ermöglicht und damit die Zuverlässigkeit und Aussagekraft der Auswertung von Laborversuchen erhöht.

Im weiteren Verlauf wird vor allem der Bodenzustand, d.h. die auf den Boden wirkende Spannung sowie dessen Dichte, mit in die Betrachtung einbezogen. Das Bodenverhalten wird im Vergleich zu definierten Referenzzuständen beschrieben und eingeschätzt. Die Auswertung soll möglichst redundant und nachvollziehbar erfolgen. Dazu gehört ebenfalls eine Analyse der auftretenden Fehler bei der Auswertung.

Förderung

Drittmittel durch Industriepartner

Bearbeiter

Dr.-Ing. Erik Schwiteilo (ehem. Nacke)

Laufzeit

02/2011 - 12/2015

Veröffentlichungen zum Projekt

• Schwiteilo, Erik; Herle, Ivo: Bewertung von Scherversuchen aus Vergleichsuntersuchungen an feinkörnigem Boden. In: Mitteilungen - Institut für Geotechnik, TU Dresden Heft 24 (2018), S. 1–15
• Schwiteilo, Erik: Bestimmung bodenmechanischer Parameter nach fortgeschrittenen Methoden. Dresden, Technische Universität, Dissertation, 2017
• Schwiteilo, Erik; Herle, Ivo: Plausibilitätsbewertung von Laborversuchen zur Bestimmung von Scherkennwerten. In: BAW-Mitteilung (2016), S. 67–78
• Schwiteilo, E.: Uncertainties in reference states in the determination and validation of soil parameters. In: Proceedings of the 24 th European Young Geotechnical Engineers Conferenc (2015)
• Schwiteilo, E.: Konzept für die Auswertung und Herleitung von Bodenkennwerten. In: Tagungsband Baugrundtagung 2014/ Forum Junge Geotechniker (2014), S. 37–44

Die Auswertungsmöglichkeiten einer Drucksondierung (CPT) sind sehr vielfältig. Jedoch wird für viele Auswertungen ein empirischer Faktor benötigt, so z.B. für die Auswertung der undrainierten Scherfestigkeit.

In diesem Projekt wurden die Drucksondierergebnisse mit Ergebnissen aus Laborversuchen bezüglich der undrainierten Scherfestigkeit verglichen. Hierzu wurden Bohrkerne mit ungestörtem Material gewonnen und im Labor des Institutes untersucht. Ziel der Untersuchungen war es, den empirischen Faktor der undrainierten Scherfestigkeit einzugrenzen, um somit zukünftig bessere Interpretationen durchführen zu können. Gleichzeitig wurde dabei auch die Bestimmung der Bodentypen mittels CPTs überprüft.

Ergebnisse aus Drucksondierungen lassen sich für grobkörnige Böden mit dem Verfahren der sphärischen Hohlraumaufweitung unter Verwendung fortgeschrittener Stoffmodelle auswerten. Für die Beurteilung der Bodenkonsistenz in-situ müssen die Kalibrierfaktoren, welche für das Verfahren der sphärischen Hohlraumaufweitung notwendig sind, durch Laborversuche und numerische Simulationen ermittelt werden. Daher wurden kleinmaßstäbliche Drucksondierversuche mit einer Miniatur-CPT-Sonde durchgeführten und unter Verwendung der sphärischen Hohlraumaufweitung numerisch nachgerechnet. Das Eindringen der Miniatur-CPT-Sonde in die Bodenprobe wurde ebenfalls mit einem FE-Modell simuliert und den Hohlraumaufweitungs-Berechnungen gegenüber gestellt. Das FE-Modell ist in ABAQUS erstellt worden. Weiterhin wurde die Rolle der Mantelreibung in der Auswertung berücksichtigt. Dazu wurde das Reibungsverhalten zwischen dem Metall und dem Boden zunächst experimentell untersucht und mittels eines hypoplastischen Interface-Modells nachgebildet.

Förderung

Drittmittel durch Industriepartner

Bearbeiter

Dr.-Ing. Markus Uhlig

Laufzeit

07/2010 - 06/2012 & 09/2014 - 12/2015

Veröffentlichungen zum Projekt

• Uhlig, Markus; Herle, Ivo: Auswertung von Drucksondierungen in Kippenböden. In: BAW-Mitteilung (2016), S. 129–141
• Uhlig, M.; Herle, I.: Bestimmung der Porenzahl aus Drucksondierungen. In: 2. Deutsche Bodenmechanik-Tagung 2015 (2015), S. 85–100
• Uhlig, M.; Herle, I.: Advanced analysis of cone penetration tests. In: XVI European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (2015)
• Uhlig, M.: Advanced analyses of cone penetration test in fine-grained soils. In: Proceedings of EYGEC 2014, Barcelona (2014), S. 41–44
• Herle, I.; Uhlig, M.: Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Drucksondierung in feinkörnigen Böden. In: 4. Fachtagung Geotechnik, HTW Dresden (2013), Nr. 04, S. 11–20

Beobachtungen und Messungen im Labor und in-situ zeigen, dass Bodenverformungen auch bei gleich bleibendem statischen Gleichgewicht und unveränderten Lastzuständen auftreten. Dies wird auch sehr deutlich in Großböschungen von Tagebauen beobachtet, wo sich Verschiebungen nach Ende der eigentlichen Gewinnungstätigkeit zwar deutlich verringern aber nicht vollkommen einstellen. Dieses Bewegungsverhalten stellt einen Gleichgewichtszustand dar, dessen Bedeutung für die Beurteilung der Böschungsstandsicherheit geklärt werden sollte, denn generell können parallel wirkende Mechanismen für dieses Verhalten verantwortlich sein.

Im Rahmen des Projektes wurden die in Frage kommenden physikalischen Phänomene, die zu Verformungen führen können, zusammengefasst und bewertet. Folgende Phänomene wurden dabei näher betrachtet:

• Abbau von Porenwasserdrücken

• volumetrisches und deviatorisches Kriechen

• zyklische Beanspruchung

• progressiver Bruch

Es wurden mathematische Modelle (Stoffmodelle) für deren Beschreibung vorgestellt und die zu verwendeten Materialparameter eingeführt. Mittels FE-Simulationen wurden die Ergebnisse der Anwendungen dieser Stoffmodelle für Prognosen von zeitabhängigen Bodenverformungen gezeigt und ausgewertet. Anschließend wurden die bei den FE-Simulationen charakteristischen Spannungspfade mit Hilfe von lastgesteuerten Triaxialversuchen nachgebildet und die gemessenen Verformungen ausgewertet. Die Laborversuche wurde anschließend mittels verschiedener Stoffmodelle numerisch simuliert und die berechneten Verformungen mit den gemessenen verglichen.

Förderung

Drittmittel durch Industriepartner

Bearbeiter

Dipl.-Ing. Georg Lichtblau

Laufzeit

02/2010 - 09/2014

Veröffentlichungen zum Projekt

• Nitzsche, Kornelia; Herle, Ivo: Wiedererkennung von Verschiebungsmustern in Aushubböschungen. In: 1. Fachsektionstagung (2017), S. 406–411
• Nitzsche, Kornelia: Verschiebungsmuster in Böschungen während Aushubvorgängen. Dresden, Technische Universität, Dissertation, 2016
• Nitzsche, K.; Herle, I.: Analysis of displacement patterns during an excavation using different constitutive models. In: Numerical Methods in Geotechnical Engineering II (2014), S. 777–782
• Nitzsche, K.; Herle, I.: Vergleich von gemessenen und numerisch nachgerechneten Verformungen bei spannungspfadgesteuerten Triaxialversuchen. In: BAW Mitteilungen (2012), Nr. 95, S. 80–91
• Herle, I.; Nitzsche, K.: Prognose von aushubbedingten Baugrundverformungen. In: 16. Dresdner Baustatik-Seminar (2012)
• Nitzsche, Kornelia; Herle, Ivo: Numerical analysis of displacements with different constitutive models. In: Proceedings of the 21st European Young Geotechnical Engineers Conference (2011), S. 291–297

Aus wirtschaftlichen Gründen werden an Betonsäulen immer mehr dynamische Probebelastungen statt konventioneller statischer Probebelastungen durchgeführt. Bisher konnten gute Erfahrungen mit dynamischen Probebelastungen gemacht werden, wenn die Betonsäulen in Sand oder Kies einbinden. Die Ergebnisse der dynamischen Probebelastungen waren in diesem Fall mit denen der statischen gut vergleichbar.

Ziel des Projektes war es zu prüfen, ob oder in welchen Fällen dynamische Versuche auch in ton- oder schluffhaltigen Böden vergleichbar gute Ergebnisse liefern. Zu diesem Zweck wurden statische und dynamische Probebelastungen mittels der Finiten-Elemente-Methode numerisch nachgerechnet. Um das Bodenverhalten realistisch abzubilden, wurde ein hypoplastisches Stoffmodell verwendet. Die Stoffparameter wurden anhand eines Baugrundgutachtens und bereits durchgeführter Forschungsarbeiten kalibriert.

Auf Grundlage einer Parameterstudie wurde der Anwendungsbereich für statische bzw. dynamische Probebelastungen untersucht und Empfehlungen zu diesem erstellt.

Förderung

Keller Holding GmbH

Bearbeiter

Dr.-Ing. Max Wiebicke

Laufzeit

05/2013 - 06/2014

Komplexe geotechnische Bauvorhaben sind aufgrund von Unsicherheiten bei der Baugrundaufnahme und den Baugrundmodellen mit großen Risiken belegt. Diesen Risiken begegnen entwerfende Ingenieure und ausführende Baufirmen durch das Vorhalten hoher Sicherheitsreserven im Planungsentwurf und einer ständigen, baubegleitenden Überwachung der Baumaßnahme. Im Rahmen der Beobachtungsmethode fordert die Normung dabei die Anpassung des Baugrundmodells bzw. Bauverfahrens an das beobachtete Baugrundverhalten. Eine Anforderung, die bis heute nicht zufriedenstellend erfüllt werden kann.

Die realitätsnahe Prognose des Baugrundverhaltens ist vor Baubeginn wegen der oben erwähnten Komplexität sehr schwierig. Während der Bauausführung kann hingegen ein entsprechendes Prognosemodell durch eine Überwachung des Baugrundverhaltens anhand der Messergebnissen kontinuierlich verbessert werden. Ein solches Vorgehen ermöglicht die mit dem Baugrund verbundenen Unsicherheiten schrittweise zu begrenzen und Bauverfahren sowie Bauwerksentwurf entsprechend zu adaptieren. Dies führt zu einer höheren Sicherheit der Baumaßnahme bei gleichzeitiger Baukostenreduktion. Das skizzierte Vorgehen - auch bekannt als die Beobachtungsmethode - scheitert derzeit in der Regel am hohen Aufwand. Der hohe manuelle Arbeitsanteil bei der Systemidentifikation, angefangen von der Auswertung der Sensoren, über das Aufstellen der nichtlinearen Modelle, die nichtlineare Berechnung, iterative Neumodellierung und Neuberechnung lässt eine zeitnahe Systemdiagnose und damit eine Anpassung des Produktionsverfahrens nicht zu. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein wissensbasiertes Softwaresystem zur Verfügung gestellt, welches eine konsequente, computergestützte Anwendung der Beobachtungsmethode in der Baupraxis ermöglicht.

Ein weiteres Ziel des Vorhabens war die Realisierung eines intelligenten adaptiven Produktionsverfahrens für den geotechnischen Ingenieurbau. Über eine Web-Plattform wurde durch die flexible, bedarfsgerechte Einbindung von Wissens- und Datenbanken, Webservices mit Simulations- und Analysealgorithmen, Rechenressourcen und Beratungsleistungen ein Überwachungs- und Steuerungssystem mit extrem kurzen Antwortzeiten realisiert. Kern des Systems sind logische und algorithmische Softwarekomponenten, die eine zeitnahe wissens- und simulationsbasierte Systemidentifikation im Rahmen eines neuartigen, kontinuierlich durchlaufenden, gekoppelten Bau- und Monitoringprozesses ermöglichen.

Förderung

BMBF - KMU Innovativ

Bearbeiter

Dipl.-Ing. M. Kupka

Laufzeit

07/2010 - 06/2013

Veröffentlichungen zum Projekt

• Kupka, M.; Herle, I.: Stoffgesetz-, Parameter- und Systemidentifikation innerhalb des GeoTechControl-Systems. In: Veranstaltungen des Instituts für Bauinformatik - Heft 5 (2013), S. 93–99
• Kupka, Michael; Herle, Ivo: Baugrundverhalten und seine Abbildung in Materialmodellen. In: Fachkonferenz Bauinformatik - Baupraxis 2011, Veranstaltungen des Instituts für Bauinformatik (2011), Nr. 5, S. 99–106

Weitere Informationen

http://www.geotechcontrol.de/ 

Die erste Projektphase beschäftigte sich mit der Klassifizierung von unterschiedlichen feinkörnigen Böden. An ausgewählten Bodenproben wurden zudem die mechanischen Eigenschaften untersucht und hierfür Laborversuche zur Untersuchung des Scher- und Kompressionsverhaltens durchgeführt. Auf Grundlage dieser Versuche wurden die Parameter für ein hypoplastisches Stoffmodell kalibriert. Es folgten FE-Berechnungen zur Bestimmung der zeitlichen Entwicklung von undrainierten Scherfestigkeiten.

In einer zweiten Projektphase wurden in einem festgelegten Untersuchungsgebiet Drucksondierungen in verschiedenen zeitlichen Abständen durchgeführt und diese bezüglich der undrainierten Scherfestigkeit ausgewertet. Dabei kamen unterschiedliche Ansätze zum Einsatz. Zur Validierung wurden gleichzeitig ungestörte Bodenproben entnommen und diese im Labor hinsichtlich der undrainierten Scherfestigkeiten untersucht. Die Ergebnisse der Sondierungen wurden mit den Laborergebnissen verglichen. Weiterhin erfolgte ein Vergleich der zeitlichen Scherfestigkeitsentwicklungen mit den FE-Berechnungen.

Förderung

Drittmittel durch Industriepartner

Bearbeiter

Prof. Dr.-Ing. habil. I.Herle
Mgr. V. Kostkanová Ph.D.
Dipl.-Ing. K. Nitzsche
Dipl.-Ing. M.Uhlig 
S. Gesellmann

Laufzeit

01/2009 - 12/2015

Veröffentlichungen zum Projekt

• Uhlig, Markus; Herle, Ivo: Prognoseverfahren zur Bestimmung der zeitabhängigen undrainierten Scherfestigkeit von Tagebaukippen. In: XVI Danube - European Conference on Geotechnical Engineering (2018)
• Uhlig, Markus; Herle, Ivo: Bestimmung der zeitlich veränderlichen undrainierten Scherfestigkeit in feinkörnigen Kippenböden. In: 1. Fachsektionstagung (2017), S. 394–399
• Uhlig, Markus; Herle, Ivo: Stability of Slopes in Open Pit Mines. In: The 8th China International Forum on Work Safety (2016)
• Uhlig, Markus; Herle, Ivo; Karcher, Christian: Determination of time-dependent undrained shear strength of mining landfill. In: 1.ICEGT (2016)
• Herle, I.; Masin, D.; Kostkanova, V.; Karcher, Ch.; Dahmen, D.: Experimental investigation and theoretical modelling of soft soils from mining deposits. In: International Symposium on Deformation Characteristics of Geomaterials, September 1-3, 2011, Seoul, Korea (2011), S. 858–864
• HERLE, I.; MAŠÍN, D.; KOSTKANOVÁ, V.; DAHMEN, D.; KARCHER, C.:
  Experimentelle Untersuchung und theoretische Betrachtung von weichen Kippenmischböden. IN: Vorträge der Baugrundtagung 2010 in München, DGGT, 2010, 65-70
• HERLE, I.; HERBSTOVÁ, V.; MAŠÍN, D.; KARCHER, C.:
  Physikalische und mechanische Eigenschaften von weichen Kippenböden - Experimente und Theorie. In: 4. Symposium Umwelttechnik & 5. Freiberger Geotechnik-Kolloquium & Fachaustellung, 2009, 460-465.

Bei der Herstellung von Vollverdrängerbohrpfählen wurden bereits des öfteren Schäden an benachbarten Bauten oder an anderen Pfählen beobachtet. Zur Vermeidung derartiger Schäden wurden das mechanische Verhalten sowie die Verschiebungen des umgebenden Bodens während der Herstellung untersucht und maßgebliche Einflussparameter identifiziert. Dazu wurden numerische Untersuchungen unter der Verwendung moderner hypoplastischer Stoffmodelle ausgeführt. Das numerische Modell wurde dabei mit einem Großversuch verifiziert.

Förderung

DAAD

Bearbeiter

Dr.-Ing. M. Arnold

Dr.-Ing. Markus Uhlig

Dr.-Ing. Erik Schwiteilo (ehem. Nacke)

Laufzeit

01/2011 - 12/2012

Veröffentlichungen zum Projekt

• Larisch, M.; Nacke, E.: Simulation of Auger Displacement Pile Installation. In: 11th Australia - New Zealand Conference on Geomechanics (2012)
• Larisch, M. D.; Arnold, M.; Uhlig, M.; Schwiteilo, E.; Williams, D. J.; Scheuermann, A.: Stress and displacement monitoring of auger displacement piles. In: Proceedings of Pile 2013 (2013)

Im Rahmen des Projektes wurden Versuchsergebnisse von mechanischen Laborversuchen, durchgeführten in unterschiedlichen bodenmechanischen Laboren in Deutschland, verglichen und analysiert. Um ein möglichst homogenes und vergleichbares Material zu testen, wurden die Proben aus einem tonigen Boden aufbereitet und vorkonsolidiert. Die Handhabung des Probenmaterials und die Durchführung der Versuche wurden jedem teilnehmenden Labor in einer detaillierten Beschreibung der einzelnen Versuchsschritte mitgeteilt. Es zeigte sich, dass die aus den Laborergebnissen abgeleiteten Bodenkennwerte in einem relativ breiten Bereich streuen. Die Analyse der Ergebnisse hat gezeigt, dass ein großer Teil der Streuung auf die Versuchsbedingungen zurückzuführen ist.

Bearbeiter

Dr.-Ing. Erik Schwiteilo (ehem. Nacke)

Veröffentlichungen zum Projekt

• Schwiteilo, Erik; Herle, Ivo: Comparative study on the compressibility and shear parameters of a clayey soil. In: China-Europe Conference on Geotechnical Engineering 2018 (2018)
• Schwiteilo, Erik; Herle, Ivo: Bewertung von Scherversuchen aus Vergleichsuntersuchungen an feinkörnigem Boden. In: Mitteilungen - Institut für Geotechnik, TU Dresden Heft 24 (2018), S. 1–15
• Schwiteilo, Erik; Herle, Ivo: Vergleichsstudie zur Kompressibilität und zu den Scherparametern von Ton aus Ödometer- und Rahmenscherversuchen. In: Geotechnik 40 (2017), Nr. 3, S. 204–217

Im Rahmen des GreenHeat³-Projektes wird derzeit untersucht, wie und wo im Großraum Dresden der Bau eines großen Multifunktions-Wärmespeichers sowie Solarenergie durchführbar ist. Mit Hilfe von vor allem Solarenergie soll Wasser in einem Speicherbecken erwärmt werden, welches in das Fernwärmenetz eingespeist werden kann.

In der 1. Projektphase wird zunächst eine Machbarkeitsstudie durchgeführt und es laufen aktuell Untersuchungen zu möglichen Solarthermie-Kollektorfeldvarianten und Grundlagenermittlungen zu Art und Größe des Multifunktionsspeichers. Zudem gilt es landschaftsplanerische Aspekte und Vorgaben abzuklären und in die Planung einzubeziehen.

Zu den Projektpartnern gehören u.a. die DREWAG – Stadtwerke Dresden GmbH, CWH Ingenieurgesellschaft mbH sowie das Institut für Energietechnik, Institut für Landschaftsarchitektur, Institut für Baubetriebswesen und Institut für Geotechnik der Technischen Universität Dresden.

Das Institut für Geotechnik hat im Planungsgebiet Bodenproben des anstehenden Bodens entnommen und klassifiziert. Es wurden Laborversuche zur Bestimmung des Kompressions- und Scherverhaltens sowie Versuche zur Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität durchgeführt. Weiterhin wurden numerische Setzungsberechnungen für die Speicherbeckensohle und Standsicherheitsberechnungen für die Flanken des Speicherbeckens realisiert. Die gewonnen Ergebnisse aus den Untersuchungen zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit werden derzeit in einem numerischen Modell zur Simulation der Wärmeausbreitung im umliegenden Boden des Speicherbeckens verwendet.

Förderung

BMWi

Bearbeiter

Dipl.-Ing. Georg Lichtblau

Dr.-Ing. Erik Schwiteilo (ehem. Nacke)

Laufzeit

01/2017 - 12/2018

Die Abdichtungen von Deichen und Dämmen stellt eine wesentliche Grundlage für deren Funktionstüchtigkeit dar. Eine zuverlässige Abdichtung verhindert das übermäßige Durchsickern und somit ein erosionsbedingtes Versagen des Erdbauwerkes.

© Vladislava Kostkanová

© Rebecca Thiesen

Der Einsatz von Acrylatgelen zur Herstellung von Dichtungskörpern eignet sich gut für eine nachträgliche Innenabdichtung und für die Abdichtung von Leckagen und Anschlussstellen zwischen Erd- und Massivbauwerken. Eine Erfolgskontrolle sowie ein Qualitätsnachweis der Injektion sind derzeit jedoch nicht mittels einer zerstörungsfreien Prüfung möglich. Im Rahmen des Projektes werden zusammen mit TPH Bausysteme GmbH, Geophysik & Geotechnik Leipzig sowie dem Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik der TU Dresden praxistaugliche Nachweistechnologien, basierend auf geophysikalischen Verfahren, für Acrylatgelinjektionen entwickelt und getestet. Diese Technologie soll es ermöglichen, vorhandene Schwachstellen bzw. nicht erfolgreich injizierte Bereiche zu detektieren, um ein gezieltes Nachinjizieren vorzunehmen.

© Rebecca Thiesen

Zunächst wird am IGT eine Sensitivitätsstudie an labortechnisch vorbereiteten Mischproben durchgeführt, um die grundsätzliche Anwendbarkeit verschiedener geophysikalischer Verfahren zu überprüfen und eventuell auch die Detektierbarkeit des verwendeten Injektionsmittels anzupassen. Dem folgen Injektionsversuche im Großversuchsstand des Instituts für Wasserbau und Technische Hydromechanik, mit dem Ziel die Nachweistechnologie zu konzipieren und zu erproben. Die an den Mischproben sowie an Injektionskörpern bestimmten geophysikalischen Parametern werden mit geotechnischen Parametern (u.a. Dichte, Wassergehalt, Durchlässigkeit, einaxiale Druckfestigkeit) verglichen und diskutiert.

Förderung

BMWi

Bearbeiter

RNDR Vladislava Kostkanova PH.D. (ehem. Herbstova)

Silvio Gesellmann

• Dr. Ulf Helbig
• Dipl.-Ing. Dirk Fleischer 

Um das Verhalten von Böden zu beschreiben, sind in der Geomechanik verschiedenste Stoffmodelle unterschiedlicher Komplexität entwickelt worden. Diejenigen die in der Lage sind, Phänomene der granularen Materialien abzubilden, greifen auf sogenannte Zustandsvariablen zurück. Diese Zustandsvariablen ermöglichen es spezielle Phänomene, wie z.B. die Anisotropie oder Deformationsgeschichte, abzubilden. Diese inneren Variablen sind aber meist aus theoretischen Konzepten hervorgegangen und konnten bisher noch nicht experimentell nachgewiesen werden. Aufgrund dessen ist ihr Verständnis von rein konzeptioneller und nicht physikalischer Natur.

In den letzten Jahren gab es eine rapide Entwicklung von neuen experimentellen Methoden, um das gesamte Deformationsfeld von Bodenproben zu charakterisieren, d.h. die Bewegungen der einzelnen Körner zu verfolgen. Das kann beispielsweise ermöglicht werden, indem der Belastungsvorgang der Bodenproben während eines Experimentes zu gewählten Zeitpunkten angehalten wird und die Proben von einem Röntgentomographen abgetastet werden. Um verschiedene Aspekte aus diesen Tomographiebildern zu entnehmen, wurden Methoden entwickelt, die in der Lage sind, das mikromechanische Verhalten, d.h. das Verhalten der einzelnen Körner zueinander, in bestimmten Last- und Verformungszuständen zu charakterisieren.

Dieses Projekt beschäftigt sich primär mit dem Bodenverhalten im Bereich kleiner Verzerrungen. Über eine internationale Zusammenarbeit mit dem Laboratoire 3SR in Grenoble ist es möglich, eine Reihe von verschiedenen Versuchen im dort vorhandenen Röntgen-Computertomographen durchzuführen. Im Speziellen handelt es sich hierbei um Experimente zum Verhalten bei Lastumkehr und bei zyklischer Belastung. Die Auswertung dieser Versuche beschäftigt sich vor allem mit der Evolution der Struktur des Korngerüstes.

Des Weiteren wird eine Reihe von Laborversuchen am Institut für Geotechnik der TU Dresden durchgeführt, um zum einen die Parameter des zu verwendenden Stoffmodells zu kalibrieren und zum anderen den Einfluss der Zustandsvariablen mit makroskopischen Beobachtungen zu untersuchen. Beide Betrachtungsweisen werden anschließend ausgewertet und aufeinander bezogen.

Das Ziel dieses Projektes ist es, das mikromechanische Verhalten über eine mathematische Formulierung zu erfassen und auf makroskopische Beobachtungen zu beziehen. Dabei soll eine Verbindung zu den phänomenologischen Ansätzen der Stoffmodelle hergestellt werden, mit welcher es möglich ist, auf die Konzepte der Zustandsvariablen der Stoffmodelle einzugehen und diese physikalisch zu erklären.

Förderung

DFG

Bearbeiter

Dr.-Ing. Max Wiebicke

Laufzeit

01/2014 - 12/2021

Veröffentlichungen zum Projekt

• Wiebicke, M., Herle, I., Andò, E., & Viggiani, G. (2021). Measuring the fabric evolution of sand – application and challenges. Geotechnik, 15(1), 114-122. https://doi.org/10.1002/gete.202000019
• Wiebicke, Max; Andò, Edward; Viggiani, Gioacchino; Herle, Ivo: Zur Strukturentwicklung granularer Materialien in Scherversuchen. In: Mitteilungen - Institut für Geotechnik, TU Dresden Heft 24 (2018), S. 49–66
• Wiebicke, Max; Smilauer, Václav; Herle, Ivo; Andò, Edward; Viggiani, Gioacchino: Validation of Synthetic Images for Contact Fabric Generated by DEM. In: China-Europe Conference on Geotechnical Engineering 2018 (2018)
• Wiebicke, Max; Andò, Edward; Viggiani, Gioacchino; Herle, Ivo: On the measurement of fabric evolution in granular materials with x-ray tomography. In: Annual Report #2, Grenoble Geomechanics Group Laboratoire 3SR (2017)
• Wiebicke, Max; Andò, Edward; Salvatore, Erminio; Viggiani, Gioacchino; Herle, Ivo: Experimental measurement of granular fabric and its evolution under shearing. In: Powders and Grains 2017 – 8th International Conference on Micromechanics on Granular Media (2017)
• Wiebicke, Max; Andò, Edward; Herle, Ivo; Viggiani, Gioacchino: On the metrology of interparticle contacts in sand from x-ray tomography images. In: Measurement Science and Technology 28 (2017)
• Wiebicke, Max; Andò, Edward; Viggiani, Gioacchino; Herle, Ivo: Optische Bestimmung der Struktur von Granulaten. In: BAW-Mitteilung (2016), S. 59–65
• Wiebicke, M.; Ando, E.; Viggiani, G.; Herle, I.: Towards the measurement of fabric in granular materials with x-ray tomography. In: Sixth International Symposium on Deformation Characteristics of Geomaterials (2015)
• Ando, E.; Tengattini, A.; Wiebicke, M.; Viggiani, G.; Salager, S.; Desrues, J.: Multi-resolution characterisation of grain-based measurements from x-ray tomography. In: 2nd International Conference on Tomography of Materials and Structures (2015)
• Wiebicke, M.; Viggiani, G.; Andò, E.; Caillerie, E.: Experimentelle Ermittlung intergranularer Kräfte unter Nutzung von 2D-DIC. In: Mitteilungen des Instituts für Geotechnik / Ohde-Kolloquium 2014, Mitteilungen des Instituts für Geotechnik, TU Dresden 19 (2014), S. 27–43

Die für bautechnische Zwecke in der Geotechnik verwendeten Materialien sind meist natürliche Böden, deren Eigenschaften wie Kompressibilität oder Festigkeit stark schwanken können. Für die Bemessung von Bauwerken, d.h. die Dimensionierung der einzelnen Bauteile bzw. die Berechnung der Verformungen eines Bauwerkes, sind die Kenntnisse über die Eigenschaften der Böden essentiell. Diese Bodeneigenschaften werden üblicherweise anhand von standardisierten Versuchen in einem geotechnischen Labor bestimmt.

In der geotechnischen Praxis zeigt sich jedoch immer wieder, dass selbst bei einer den Normen entsprechenden Versuchsdurchführung und -auswertung Unterschiede in den ermittelten mechanischen Kennwerten verschiedener geotechnischer Labore auftreten.

Der Schwerpunkt des Projektes liegt in einem internationalen Vergleich der Untersuchungsmethoden sowie des wissenschaftlichen Vorgehens bei der Bestimmung der Kompressibilität und der Scherfestigkeit von Böden. Dafür sollen homogenisierte und somit vergleichbare Bodenproben entsprechend der jeweils geltenden Normung untersucht werden.

Folgende Untersuchungen sind geplant:

• Bestimmung der Kompressibilität im Ödometerversuch

• Bestimmung der Scherfestigkeit im Rahmenscherversuch

Basierend auf den Untersuchungen im eigenen Land wird ein internationaler Vergleich der ermittelten Bodeneigenschaften sowie des Vorgehens bei der Ermittlung gegenübergestellt und Unterschiede beleuchtet. Um die jeweiligen Untersuchungsmethoden und Vorgehen kennen zu lernen, werden die jeweiligen Austauschwissenschaftler Versuche selbst durchführen und die übliche Vorgehensweise vor Ort analysieren. Der erste Austausch fand mit der Moscow State University of Civil Engineering statt. Ziel war es, eine Empfehlung für die Bestimmung der unterschiedlichen Bodeneigenschaften zu erarbeiten.

Förderung

DAAD, DFG (GreatIPID4all)

Bearbeiter

Dr.-Ing. Erik Schwiteilo (ehem. Nacke)

Dr.-Ing. Johannes Welsch

Laufzeit

03/2018-12/2021

Die Standsicherheit von Böschungen wird in der Praxis zunehmend mit der Finite Elemente Methode beurteilt. Dabei kommt überwiegend das Verfahren der phi/c-Reduktion zum Einsatz, welches bisher wenig erforscht ist. Im Rahmen des Projektes wurde zunächst die Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit der phi/c-Reduktion analysiert und mit den Ergebnissen konventioneller Verfahren verglichen. Für die FE-Berechnungen kamen dabei die Programme TOCHNOG und PLAXIS zum Einsatz. Des Weiteren wurde die Anwendbarkeit fortgeschrittener Stoffgesetze auf dieses Verfahren beurteilt und eine neue Methode zur FE-Berechnung detailliert untersucht.

Förderung

DFG

Bearbeiter

Dipl.-Ing. M. Kupka 

Laufzeit

11/2006 - 10/2009

Veröffentlichungen zum Projekt                                                                   

• KUPKA, M.; HERLE, I.; ARNOLD, M.:
  Advanced calculations of safety factors for slope stability. International Journal of Geotechnical Engineering, 2009, 3(4), 509-515, doi:10.3328/IJGE.2009.03.04.509-515

• KUPKA, M.:
  Standsicherheitsberechnungen von Böschungen mit der φ/c-Reduktion.
  In: OHDE-Kolloquium 2009, Institut für Geotechnik, TU Dresden, Mitteilungen, Heft 16, 2009, S. 101-117

• KUPKA, M.; HERLE, I.; ARNOLD, M.:
  Advanced calculations of safety factors for slope stability.
  In: D. N. Singh (ed.): Proc. 12th International Conference of International Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics (IACMAG), Goa, India, 1-6 October 2008, 4470-4477

• KUPKA, M.:
  Standsicherheitsberechnung von Böschungen mit der φ,c-Reduktion.
  In: 30. Baugrundtagung, Dortmund, Forum für junge Geotechnik-Ingenieure, Deutsche Gesellschaft für Geotechnik, 2008, Seiten 13-15

Böden werden am besten durch wiederholte Scherung verdichtet. Die Dehnungsamplitude spielt eine wichtige Rolle bei der maximal erreichbaren Verdichtung. Experimentelle Untersuchungen belegen den prägenden Einfluss einer gleichzeitigen, in mehreren Richtungen stattfindenden Scherbelastung auf die Schnelligkeit und die Größe der Verdichtung.

Im Rahmen des Projektes wurden, im Hinblick auf diese Erkenntnisse, zwei verschiedene Verfahren der Rütteldruckverdichtung untersucht. In elastischen FE-Berechnungen wurden Dehnungspfade ermittelt. Eine von der Dehnungsamplitude abhängige Steifigkeit wurde berücksichtigt. Dazu wurden mehrere Durchläufe der FE-Berechnungen durchgeführt, bei denen jeweils in Abhängigkeit vom Abstand zum Rüttler die Steifigkeit anhand der Scherdehungsamplitude des vorherigen Durchlaufs festgelegt wurde. Anschließend wurden die mit der FEM erhaltenen Dehnungspfade genutzt, um damit Elementsimulationen mit dem hypoplastischen Stoffmodell mit intergranularen Dehnungen auszuführen.

In den Verdichtungsprofilen sind drei, aus der Praxis bekannte Bereiche festzustellen: nahe am Rüttler begrenzte Verdichtung, ein Bereich maximaler Verdichtung und ein unverdichteter Bereich in größerer Entfernung vom Rüttler. Die Rütteldruckverdichtung mittels Tiefenrüttler ergab - besonders in den entfernteren Bereichen - eine schnellere Verdichtung als die Rütteldruckverdichtung mittels Aufsatzrüttler. Die Ursache dafür wird in der allgemeineren mehraxialen Scherung beim Tiefenrüttler vermutet.

Förderung

Keller Holding GmbH

Bearbeiter

Dr. M. Arnold

Laufzeit

04/2007 - 03/2008

Veröffentlichungen zum Projekt

• ARNOLD, M.; HERLE, I.:
  Comparison of Vibrocompaction Methods by Numerical Simulations.
  International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 2009, 33(16), 1823-1838, doi:10.1002/nag.798

• ARNOLD, M.; HERLE, I.:
  Numerical modelling of vibrocompaction.
  In: Proc. 11th Baltic Sea Geotechnical Conference, Gdansk, Poland, 15-18 September 2008, 675-682

• ARNOLD, M.; HERLE, I.; WEHR, J.:
  Comparison of vibrocompaction methods by numerical simulations.
  In: M. Karstunen; M. Leoni (eds.): Geotechnics of Soft Soils - Focus on Ground Improvement, Proc. 2nd International Workshop on Geotechnics of Soft Soils, University of Strathclyde, Glasgow, Scotland, 3-5 September 2008, 3-11

Bei der Berechnung geotechnischer Problemstellungen finden hypoplastische Materialmodelle zunehmende Verwendung. Einfache hypoplastische Modelle sind in der Lage verschiedene Eigenschaften des Bodenverhaltens, z.B. die Nichtlinearität der Tangentensteifigkeit unter isotroper und deviatorischer Belastung oder die Spannungs- und Dichteabhängigkeit von Steifigkeit und Festigkeit, abzubilden. Durch die Einführung eines elastischen Bereiches bei hypoplastischen Modellen lässt sich die Wiedergabe der erhöhten Steifigkeit bei kleinen Dehnungen verbessern. Diese Modelle eignen sich dadurch auch für nicht-monotone Spannungs- und Dehnungspfade.

Die genannten Eigenschaften des mechanischen Bodenverhaltens werden auch bei Kontakten zwischen Boden und Bauwerk beobachtet. Daher ist es sinnvoll, die Hypoplastizität auch für die Beschreibung des mechanischen Verhaltens von Boden-Bauwerk-Kontakten einzusetzen. Im Rahmen des Projektes wurden derartige Kontaktmodelle, welche direkt auf den hypoplastischen Stoffmodellen basieren, entwickelt. Diese Kontaktmodelle ermöglichen den Einsatz der gleichen Parameter für Boden sowie Kontaktoberfläche. Mit zwei weiteren Parametern, bestimmbar aus Kontaktscherversuchen oder mit Hilfe der Literatur, kann das Kontaktmodell an die Mobilisierung der Scherspannungen mit der Verschiebung sowie an das maximale Scherspannungsverhältnis des Kontaktes angepasst werden.

Bearbeiter

Dr.-Ing. M. Arnold

Veröffentlichungen zum Projekt

• ARNOLD, M.:
  Application of the Intergranular strain concept to the hypoplastic modelling of non-adhesive interfaces.
  In: D. N. Singh (ed.): Proc. 12th International Conference of International Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics (IACMAG), Goa, India, 1-6 October 2008, 747-754

• ARNOLD, M.; HERLE, I.:
  Hypoplastic description of the frictional behaviour of contacts.
  In: H. Schweiger (ed.): Numerical methods in geotechnical engineering, Taylor & Francis, 2006, 101-106

• ARNOLD, M.:
  Hypoplastische Beschreibung zweidimensionaler Reibungskontakte.
  In: OHDE-Kolloquium, Institut für Geotechnik, TU Dresden, Mitteilungen, Heft 15, 2005, S. 69-86

• ARNOLD, M.:
  Zur Berechnung des Erd- und Auflastdrucks auf Winkelstützwände im Gebrauchszustand
  Institut für Geotechnik, TU Dresden, Mitteilungen, Heft 13, 2004

Die Entwicklung des Erddrucks auf die Kelleraußenwände des Hörsaalzentrums der TU Dresden wurde in vier Vertikalschnitten mit je vier Messstellen wöchentlich gemessen. Auf diese Weise wurden Grundlagen für einen realistischen Erddruckansatz bei der Bemessung von Kelleraußenwänden gewonnen. Die Ergebnisse wurden bei der Überarbeitung der DIN 4085 berücksichtigt.

Bearbeiter

Dr.-Ing. M. Arnold                                                                                                                            S. Gesellmann

Laufzeit

06/1998 - 06/2008

Veröffentlichungen zum Projekt

• ARNOLD, M.:
  Erddruck auf Kellerwände - eine stark schwankende Größe? In: 28. Baugrundtagung, Leipzig, Forum für junge Geotechnik-Ingenieure, Deutsche Gesellschaft für Geotechnik, 2004, Seiten 10-11

• FRANKE, D.; ARNOLD, M.; BARTL, U. & VOGT, L.:
  Erddruckmessungen an der Kelleraußenwand eines mehrgeschossigen Massivbaus, Bauingenieur, 78(3), 2003, Seiten 125-130

Hochwasser stellen eines der Hauptrisiken für Kulturgüter dar. Zur Evaluierung von Schadenspotentialen an beweglichen und unbeweglichen Kulturgütern sowie die Feststellung von Schadensverminderung-/Vermeidungsstrategien und Reparaturmöglichkeiten wurde das interdisziplinäre europäische CHEF-(Cultural Heritage Protection Against Flooding)-Projekt ins Leben gerufen. Ziel war es, den Handlungsträgern Richtlinien für den Hochwasserfall zur Verfügung zu stellen. Das Institut für Geotechnik der TU Dresden beschäftigte sich in diesem Rahmen mit den Auswirkungen von Hochwasser auf den Baugrund.

Förderung

EU FP 7

Bearbeiter                                                                                                                                   Mgr. V. Herbstová                                                                                                                        Dipl.-Ing. M. Kupka

Laufzeit

04/2007 - 04/2010

Veröffentlichungen zum Projekt

• HERLE, I.; HERBSTOVÁ, V.; KUPKA, M.; KOLYMBAS, D.:
  Geotechnical Problems of Cultural Heritage due to Floods.
  Journal of Performance of Facilities, 2010, Vol. 24, 446-451. doi:10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000058