Aktuelle Themenangebote am Institut für Geotechnik
Fachbereich Angewandte Geologie
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Professur für Bodenmechanik und Grundbau
Die Lagerungsdichte des Bodens beschreibt die Verdichtung des Bodens innerhalb der für den Boden möglichen Grenzen. Um diese möglichen Grenzen zu bestimmen werden Versuche zur lockerste und dichtesten Lagerung nach der Norm durchgeführt. Dadurch können die Dichten von verschiedenen Böden miteinander verglichen werden. Einfluss auf die Grenzen der Lagerungsdichte hat dabei die Beschaffenheit des Bodens (Korngröße und Kornform).
Im Rahmen der Arbeit soll untersucht werden, welchen Einfluss die Kornform auf die Grenzen der Lagerungsdichte hat. Die Versuche sind dabei an einer einzelnen Fraktion des Bodens durchzuführen, um den Einfluss der Korngröße auszuschließen. Die Kornform ist mittels dynamischer Bildanalyse in der Analysette A28 zu bestimmen und die Kornoberfläche mittels Digitalmikroskop. Je nach gewählter Fraktion ist die Entwicklung eines modifizierten Versuchsaufbaus erforderlich. Zudem sollen neben natürlichen Böden auch künstlich hergestellte Fraktionen (Kugeln, Würfel) untersucht werden. Desweiteren soll die Struktur unterschiedlicher Einbauzustände mittels Bildanalyse durchgeführt werden.
Programmierkenntnisse in Python sind für die Bearbeitung der Aufgabenstellung empfehlenswert.
wissenschaftliche Mitarbeiterin
NameDipl.-Ing. (FH) Claudia Bräunig
Forschung, Module: BHW-545, BIW2-03
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Besuchsadresse:
Beyer-Bau (BEY), S 08 George-Bähr-Str. 1
01069 Dresden
Das mechanische Verhalten von Böden wird direkt durch seine Struktur beeinflusst. Als Struktur versteht man dabei die Anordnung von Partikeln und Porenräumen sowie die Orientierung und Kontakte der Körner. Die Struktur entsteht dabei durch natürliche Prozesse oder während der Probenherstellung im Labor.
Im Rahmen der Arbeit soll ein Modellversuchskasten entworfen werden, in welchem die Struktur vereinfacht untersucht werden kann. Dazu sollen die Körner idealisiert hergestellt werden, indem verschiedene geometrische Grundformen 3D gedruckt werden. Anschließend sollen verschiedene Einbauzustände hergestellt und die Proben hinsichtlich der Struktur ausgewertet werden. Es sollen einerseits die Kornorientierungen und andererseits die Kontakte zwischen den Körnern untersucht werden.
Programmierkenntnisse in Python und Freude am Basteln sind für die Bearbeitung der Aufgabenstellung empfehlenswert.
wissenschaftliche Mitarbeiterin
NameDipl.-Ing. (FH) Claudia Bräunig
Forschung, Module: BHW-545, BIW2-03
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Beyer-Bau (BEY), S 08 George-Bähr-Str. 1
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Das Bodenverhalten hängt eng mit der Anordnung der Körner und ihren Kontakten zusammen, also mit der Struktur des Bodens. Diese Struktur , auch als „contact fabric“ bezeichnet, entsteht durch natürliche Prozesse wie Ablagerung, Verdichtung oder Belastung, aber auch schon während der Probenvorbereitung im Labor.
Für diese Arbeit wird die Diskrete Elemente Methode (DEM) verwendet. Dabei wird Boden nicht als durchgehendes Material betrachtet, sondern als ein Gefüge aus vielen einzelnen Körnern, die über ihre Kontakte Kräfte austauschen. Die Methode ermöglicht, Proben mit unterschiedlicher Anfangsstruktur herzustellen und ihr Verhalten unter verschiedenen Belastungen zu vergleichen. Gleichzeitig lassen sich Vorgänge auf der Mikroebene untersuchen, zum Beispiel die Orientierung der Kontakte oder die Verteilung der Kräfte zwischen den Körnern. So wird deutlich, wie die innere Struktur die Steifigkeit in verschiedenen Richtungen beeinflusst.
Beispielhafte DEM-Probe aus kugelförmigen Körnern
© IMG_Karslioglu.jpg
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameM. SC. Z. Metehan Karslioglu
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Beyer-Bau (BEY), 320 George-Bähr-Str. 1
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Im Rahmen eines umfangreichen Forschungsprojekts hat das Institut zahlreiche Bodenproben untersucht und dabei wertvolle Daten zu den Eigenschaften sowie zur Entstehung der Dichten unterschiedlicher Böden gesammelt.
Die Arbeit soll sich damit beschäftigen, diese Daten zu nutzen, um ein Modell mit Hilfe neuronaler Netze zu entwickeln. Dabei gehören zu den Aufgaben die Aufbereitung und Strukturierung der vorhandenen Daten, der Aufbau und das Training eines geeigneten Modells sowie die Analyse und Interpretation der erzielten Ergebnisse.
Die Arbeit bietet die Möglichkeit, moderne Methoden der Künstlichen Intelligenz mit praktischen Fragestellungen aus der Geotechnik zu verbinden.
Die Arbeit kann als Abshclussarbeit oder in verkürzter Form (eine Teilaufgabe) auch als Projektarbeit durchgeführt werden. Für diese Arbeit sind Vorkenntnisse in der Programmierung empfehlenswert.
© IMG_Karslioglu.jpg
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameM. SC. Z. Metehan Karslioglu
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Das mechanische Verhalten von Böden wird maßgeblich durch verschiedene Faktoren wie Korngrößenverteilung, Lagerungsdichte, effektive Spannung, Sättigungsgrad, Struktur sowie durch Vorbelastung und Dränagebedingungen beeinflusst. Unter dränierten Bedingungen führt eine Scherbeanspruchung bei locker gelagerten Böden in der Regel zu einer Verdichtung, während dicht gelagerte oder vorbelastete Böden zur Dilatanz neigen. Die Intensität dieser scherinduzierten Volumenänderungen hängt stark vom Spannungsniveau ab.
Unter undränierten Bedingungen – etwa bei schneller Scherbeanspruchung und geringer Durchlässigkeit – kann es zur Akkumulation von Porenwasserdruck kommen, da die volumetrische Deformation behindert wird. Dies führt zu einer Reduktion der effektiven Spannungen, was wiederum die Steifigkeit und Scherfestigkeit des Bodens reduziert. Im Extremfall kann dies zur Bodenverflüssigung führen – ein Phänomen, das insbesondere bei zyklischer Beanspruchung grobkörniger Böden eine sicherheitsrelevante Rolle spielt.
Zur Untersuchung dieser Prozesse werden im Labor häufig undränierte Scherversuche durchgeführt. Ziel dieser Arbeit ist es, den Porenwasserdruckaufbau unter zyklischer Belastung numerisch zu modellieren. Dabei sollen fortgeschrittene konstitutive Stoffmodelle verwendet werden, die eine realitätsnahe Abbildung des nichtlinearen Verhaltens ermöglichen. Die Simulationen orientieren sich an den Randbedingungen eines undränierten Einfachscherversuchs.
Porenwasserdruckaufbau unter zyklischer Belastung
© IMG_Karslioglu.jpg
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameM. SC. Z. Metehan Karslioglu
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Beyer-Bau (BEY), 320 George-Bähr-Str. 1
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Das Verhalten eines gemischtkörnigen Bodens ist stark von seiner Zusammensetzung abhängig. Dabei wird üblicherweise angenommen, dass das Feinkorn erst ab einem größerem Anteil einen Einfluss auf das Bodenverhalten hat und ansonsten nur Füllmaterial darstellt. Diese Annahme soll genauer untersucht werden.
Dazu soll der Einfluss des Feinanteils auf die Struktur des Bodens untersucht werden. Zu diesem Zweck sollen binäre Mischungen aus Grob- und Feinsand in unterschiedlichem Verhältnis hergestellt werden. Da die Struktur des Boden maßgeblich für sein Verhalten verantwortlich ist, lässt sich daraus auch der Einfluss des Feinsandanteils auf das Bodenverhalten ableiten.
Die Herstellung der Bodenproben ist dabei besonders herausfordernd, da sichergestellt werden muss, dass sich die Struktur für die Dauer der Untersuchung nicht verändert. Gleichzeitig soll eine möglichst realistische Struktur erzeugt werden. In situ wirken aufgrund des Porenwassers Kohäsionskräfte zwischen den Sandkörnern. Wasser ist für die Probenherstellung jedoch nur bedingt geeignet, da es während der Untersuchung verdunsten und die Struktur sich somit verändern kann.
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines geeigneten Verfahrens zur Herstellung binärer Proben. Der Einfluss des Herstellungsverfahrens auf die Bodenstruktur soll dabei mithilfe des Mikroskops bestimmt werden. Untersucht werden soll die Probenherstellung mit:
- Kunstharzen
- Öl
- Zuckerlösungen
© Institut für Geotechnik
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
NameDipl.-Ing. Selma Schmidt
Forschung, Lehre: BIW2-03, BIWE-04
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Beyer-Bau (BEY), S 09 George-Bähr-Str. 1
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Das mechanische Verhalten eines gemischtkörnigen Bodens wird durch das Verhältnis von Fein- und Grobkorn bestimmt. Bei geringem Feinanteil besteht das tragende Korngerüst ausschließlich aus groben Körner, während diese bei sehr hohem Feinanteil nur noch in den feinen Körnern "schwimmen". Somit wird das mechanische Verhalten je nach Zusammensetzung der binären Mischung vom Fein- oder Grobkorn bestimmt.
Um den Einfluss des Feinanteils näher zu untersuchen, werden mechanische Versuche an binären Mischungen von Fein- und Grobsand in unterschiedlichen Mischverhältnissen durchgeführt. Außerdem soll der Einfluss des Feinsandanteils auf die Dichte untersucht werden. Folgende Versuche sollen im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt werden:
- Lagerungsdichten
- Ödometerversuche
- Scherversuche
© Institut für Geotechnik
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
NameDipl.-Ing. Selma Schmidt
Forschung, Lehre: BIW2-03, BIWE-04
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Beyer-Bau (BEY), S 09 George-Bähr-Str. 1
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Am Institut für Geotechnik wird aktuell das Bodenverhalten eines gemischtkörnigen Bodens intensiv untersucht. Bei der Bestimmung der Korngrößenverteilung dieses Bodens, stellte sich heraus, dass diese gewissen Streuungen unterliegt.
Band der Korngrößenverteilung des gemischtkörnigen Bodens
Im Rahmen der Arbeit soll daher untersucht werden wie die Korngrößenverteilung des Bodens das mechanische Verhalten und somit auch die Stoffparameter des Hypoplastischen Stoffmodells (ohne Intergranulare Dehnung) beeinflusst. Dazu sollen im Labor Ödometer- und Triaxialversuche an selbst hergestellten Mischungen, die die obere und die untere Grenze der Korngrößenverteilung abbilden, durchgeführt werden. Mit den Ergebnissen werden anschließend die Stoffparameter des Hypoplastischen Stoffmodell kalibriert.
Das Ziel soll es schließlich sein, die Unschärfe in den Stoffparametern infolge der Korngrößenverteilung auszuarbeiten und eine Spannweite für die einzelnen Parameter anzugeben.
© Institut für Geotechnik
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameDipl.-Ing. Sebastian Ullmann
Forschung, Modul BIW2-03
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Beyer-Bau (BEY), 320 George-Bähr-Str. 1
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Ein Themenschwerpunkt am Institut für Geotechnik ist die Entwicklung und Verifizierung von Stoffmodellen für Böden. Dazu wird derzeit ein großmaßstäblicher Modellversuch aufgebaut und mit zahlreichen Sensoren instrumentiert. Ziel ist es, das Bodenverhalten nicht nur in typischen kleinmaßstäblichen Laborversuchen, sondern auch unter in-situ-ähnlichen Bedingungen mit natürlichen Einflüssen wie Temperaturänderungen, Änderungen des Sättigungsgrades des Bodens, aber auch infolge zyklischer Verkehrsbelastung untersuchen zu können.
Begleitend zum Aufbau des Großversuchs soll in der Arbeit deshalb ein numerisches Modell des Großversuchs entwickelt werden, mit welchem anschließend das Verhalten fortgeschrittener Stoffmodelle untersucht werden kann.
Die Simulationen werden mit der, speziell für geotechnische Anwendung entwickelten, Software numgeo durchgeführt.
© Institut für Geotechnik
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameDipl.-Ing. Sebastian Ullmann
Forschung, Modul BIW2-03
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Beyer-Bau (BEY), 320 George-Bähr-Str. 1
01069 Dresden