Verbesserung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit organischer Böden mittels Sandsäulen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Rackwitz; Professor Dr.-Ing. Stavros A. Savidis
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262373812

Ziel der Forschungsarbeit ist die Untersuchung des Tragverhaltens von Untergrundverbesserungen organischer Böden mit nichtummantelten Sandsäulen. Basierend auf den Erkenntnissen von 1g Modellversuchen und numerischen Berechnungen sollen Ansätze für die Bemessung von Sandsäulen, hergestellt im Bodenverdrängungs- oder Bodenersatzverfahren in einem organischen Boden, gefunden werden. Aktuell gibt es kaum Untersuchungsergebnisse für Bodenverbesserungen organischer Böden mit nichtummantelten Sandsäulen. Es sind keine Erkenntnisse über den Herstellungseinfluss in organischen Böden bekannt. Vor allem das langzeitliche Verhalten des Bodens (Kriechen) ist ein bekanntes, aber bisher nicht behandeltes Problem. Das Kriechen findet daher auch keinen Eingang in die geläufigen Berechnungsmodelle. Anfängliche Verspannungen des organischen Bodens durch die Säulenherstellung im Bodenverdrängungsverfahren sind ebenfalls zeitabhängig, was eine zeitliche Änderung der Spannungszustände zur Folge hat. Die zeitliche Entwicklung der Verspannung und der Einfluss auf die Boden-Säule-Wechselwirkung und das Kriechen sind unbekannt. Auch das ggf. unterschiedliche Setzungsverhalten von Boden und granularer Säule geht nicht in die Bemessung ein. Die Grundlage zur Erreichung des Forschungsziels ist die bodenmechanische Untersuchung des Verhaltens organischer Böden in Elementversuchen, der Wechselwirkung zwischen organischem Boden und Sandsäule in Modellversuchen sowie des Säulenherstellungsverfahrens (Bodenverdrängung (BV), Bodenersatz (BE)) auf das Gesamttragverhalten. In klein-, mittel- und großmaßstäblichen Modellversuchen sollen Sandsäulen in den genannten Verfahren in einem organischen Boden hergestellt werden. Begleitend zu den Modellversuchsreihen sind bodenmechanische Elementversuche mit organischen Böden im Labor geplant, um das grundlegende bodenmechanische Verhalten des verwendeten organischen Bodens zu untersuchen sowie die Eingangsparameter für die Finite Element (FE) Berechnungen zu bestimmen. Die Validierung des Stoffmodells (viskohypoplastisch) erfolgt über die FE-Nachrechnung der Elementversuche. Das FE Modell berücksichtigt das komplexe nichtlineare Materialverhalten des organischen Bodens (viskohypoplastisch) und des Sandsäulenmaterials (hypoplastisch) sowie deren Interaktion. Die Zusammenführung der Ergebnisse der Modellversuche, Labor-untersuchungen und FE Berechnungen liefert Rückschlüsse auf das Last-Verformungsverhalten eines Prototyps, welches anhand des Herstellungsverfahrens sowie der gewählten Säulengeometrie und Anordnung mit einem Bemessungsmodell prognostiziert werden soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen