Gruppe Geotechnik Forschung Forschungsprojekt … · phasen-System Boden-Wasser-Luft erhöht sich...

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Forschungsprojekt zur Weiterentwicklung Dynamischer Triaxialversuche Hintergrund Die mechanische Simulation und Bewertung eines mehraxial beanspruchten Bo- denkörpers erfolgt im Labor durch Triaxialversuche nach DIN 18137-2. Durch Auftragung einer vertikal angreifenden statischen Spannung σ 1 auf das Drei- phasen-System Boden-Wasser-Luft erhöht sich die Umlagerungsspannung σ 2,3 . Dabei entstehen reversible und irreversible Verformungen im Boden. Bautech- nisch dominieren jedoch komplexe, dynamisch angeregte elastische und plasti- sche Bewegungsvorgänge. Sie werden beispielsweise bewusst bei der Verdichtung von Böden erzeugt oder treten ungewollt durch Eintrag eines Frequenzspektrums in sensible Bodenbereiche auf. Dabei werden hochfrequente Bewegungen von 20 bis 80Hz eingetragen, welche durch Überlagerungseffekte der Bewegungs- richtungen der Bodenpartikel und eine zeitliche Verzögerung durch Porenwas- serdruckminderung im teilgesättigten Boden begleitet werden. Experimentelle Triaxial-Untersuchungen zu Verdichtungseffizienz oder Schädigungspotential im teilgesättigten Boden können demnach nur durch zyklische Versuche mit dyna- mischer und steuerbarer Umlagerungsspannung stattfinden. Angaben zum Forschungsvorhaben Am Forschungs- und Transferzentrum Leipzig werden deshalb für hochfrequente dynamische Triaxialuntersuchungen an teilgesättigten Böden bis Mitte 2017 durch Förderung aus Mitteln des BMWi-Programms »Zentrales Innovationspro- gramm Mittelstand« ein Druckerzeuger für σ1,dyn und ein Druckausgleicher für die Umlagerungsspannung σ 2,3,dyn für eine Anlage der Firma GEOMATION GmbH entwickelt. Das Projekt läuft bis Mitte 2017 unter dem Titel »Entwicklung einer Hochfrequenz-Triaxialzelle zur Untersuchung des dynamischen Verformungsver- haltens dreiaxial hochfrequent angeregter teilgesättigter Böden« unter dem Förderkennzeichen KF2180220SA4. Die messtechnische Festlegung wichtiger Steuerungsparameter (Antriebsart, Frequenz, Amplitude, Verzögerungszeit durch hydrostatische Pufferung, Datenfrequenzen für Speicherung und Übermittlung etc.) für zeitgerichtete Radialspannungsimpulse bei hochfrequenter Vertikalbe- lastung sowie mechanischer Belastungscharakteristik einer Gesamtanlage stellt ein wichtiges Entwicklungspotential für eine neue Gerätespezifikation dynami- scher Triaxialanlagen dar. Gruppe Geotechnik Forschung Beratung Themen G² Gruppe Geotechnik an der HTWK Leipzig HTWK Leipzig Prof. Dr.-Ing. R. Thiele Karl Liebknecht Straße 132 04277 Leipzig Tel.: 0341-3076 6950 Fax: 0341-3076 6404 Leiter Nachwuchsforschergruppe Dr.-Ing. F. Sandig Karl Liebknecht Straße 143 Forschungscampus EG, Aufgang A – rechts, ME 05 04277 Leipzig Tel.: 0341-3076 6636 friedemann.sandig@htwk- leipzig.de Forschungsprojekt TCDyn Zyklischer Triaxialversuch mit dynamischer Komponente

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Forschungsprojekt zur Weiterentwicklung Dynamischer Triaxialversuche

Hintergrund

Die mechanische Simulation und Bewertung eines mehraxial beanspruchten Bo-denkörpers erfolgt im Labor durch Triaxialversuche nach DIN 18137-2. DurchAuftragung einer vertikal angreifenden statischen Spannung σ1 auf das Drei-phasen-System Boden-Wasser-Luft erhöht sich die Umlagerungsspannung σ2,3.Dabei entstehen reversible und irreversible Verformungen im Boden. Bautech-nisch dominieren jedoch komplexe, dynamisch angeregte elastische und plasti-sche Bewegungsvorgänge. Sie werden beispielsweise bewusst bei der Verdichtungvon Böden erzeugt oder treten ungewollt durch Eintrag eines Frequenzspektrumsin sensible Bodenbereiche auf. Dabei werden hochfrequente Bewegungen von20 bis 80 Hz eingetragen, welche durch Überlagerungseffekte der Bewegungs-richtungen der Bodenpartikel und eine zeitliche Verzögerung durch Porenwas-serdruckminderung im teilgesättigten Boden begleitet werden. ExperimentelleTriaxial-Untersuchungen zu Verdichtungseffizienz oder Schädigungspotential imteilgesättigten Boden können demnach nur durch zyklische Versuche mit dyna-mischer und steuerbarer Umlagerungsspannung stattfinden.

Angaben zum Forschungsvorhaben

Am Forschungs- und Transferzentrum Leipzig werden deshalb für hochfrequentedynamische Triaxialuntersuchungen an teilgesättigten Böden bis Mitte 2017durch Förderung aus Mitteln des BMWi-Programms »Zentrales Innovationspro-gramm Mittelstand« ein Druckerzeuger für σ1,dyn und ein Druckausgleicher fürdie Umlagerungsspannung σ2,3,dyn für eine Anlage der Firma GEOMATION GmbHentwickelt. Das Projekt läuft bis Mitte 2017 unter dem Titel »Entwicklung einerHochfrequenz-Triaxialzelle zur Untersuchung des dynamischen Verformungsver-haltens dreiaxial hochfrequent angeregter teilgesättigter Böden« unter demFörderkennzeichen KF2180220SA4. Die messtechnische Festlegung wichtigerSteuerungsparameter (Antriebsart, Frequenz, Amplitude, Verzögerungszeit durchhydrostatische Pufferung, Datenfrequenzen für Speicherung und Übermittlungetc.) für zeitgerichtete Radialspannungsimpulse bei hochfrequenter Vertikalbe-lastung sowie mechanischer Belastungscharakteristik einer Gesamtanlage stelltein wichtiges Entwicklungspotential für eine neue Gerätespezifikation dynami-scher Triaxialanlagen dar.

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G² Gruppe Geotechnikan der HTWK Leipzig

HTWK LeipzigProf. Dr.-Ing. R. ThieleKarl Liebknecht Straße 13204277 LeipzigTel.: 0341-3076 6950Fax: 0341-3076 6404

Leiter NachwuchsforschergruppeDr.-Ing. F. SandigKarl Liebknecht Straße 143ForschungscampusEG, Aufgang A – rechts, ME 0504277 LeipzigTel.: 0341-3076 [email protected]

Forschungsprojekt TCDyn

Zyklischer Triaxialversuch mit dynamischer Komponente

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Anlagenspezifik

Die Untersuchungen werden an der elektromechanischenPrüfpresse vom Typ ELD50.2 mit 2 kN dynamischer und 50 kNstatischer Auflast an Proben mit Durchmessern von 70 und100 mm ausgeführt Das Gerät wurde 2014 durch Mittel des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördertund befindet sich im neu eingerichteten FeinmechanischenLabor der HTWK Leipzig. Der Druck- und Volumenstrom derAnlage wird elektromechanisch durch EPD2000 mit maxi mal1.000 kPa erzeugt. Es sind kraft- und weggesteuerte Versucheausführbar.

Methodik

Erste Untersuchungen bildeten statische Versuche an einemQuarzsand (»Karlsruher Sand«) mit Korngrößen zwischen 0,063und 0,7 mm, einer mittleren Korngröße von d50 = 0,3 mm undeiner Ungleich förmigkeit von Cu = 2,0. Ab Anfang 2016 erfolgendie dynamischen Untersuchungen des Materials mit Anregungenvon 1 bis 50 Hz. Der dann direkt nach dynamisch axial auf -gebrachter Belastung σ1,dyn sich stetig abbauende kapillarePorenwasserdruck muss versuchstechnisch über eine steuerbare,zeitversetzt angreifende radiale Umgebungsspannung σ2,3,dyn

berücksichtigt werden. Dabei sind die Reaktionsgeschwindig-keiten des Gegensteuerns wissenschaftlich nicht erkundet worden. Diese Mantelspannung soll durch eine Steuerung desDruckausgleichers sowohl zyklisch als auch azyklisch zu denaufgebauten Vertikalspannungen mit variablen Amplituden er-zeugt werden. Daneben sollen baupraktisch wertvolle Unter-suchungsinhalte zur Erfassung der Steifigkeitsänderung bindemittelverfestigterBodenkörper durch eine dynamische Beeinflussung von Hydratationsprodukteneinbezogen werden.

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Dynamische Triaxial -anlage ELD50.2

ESEM-Aufnahme des Karlsruher Sandes in 50-facher und 250-facher Vergrößerung

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