Einfluss des Spannungszustandes auf das dynamische Verhalten von Sand mit Feinkornanteil bei Teilsättigung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Meisam Goudarzy; Professor Dr.-Ing. Torsten Wichtmann
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276183850

Das Verhalten von Böden unter dynamischen Einwirkungen, verursacht z.B. durch Erdbeben, Vibrationen aus Maschinenfundamenten oder Verkehr, lässt sich über die dynamischen Bodenkenngrößen, den maximalen Schubmodul bei kleinen Dehnungen und die Abnahme des Schubmoduls sowie den Anstieg der Dämpfung mit zunehmender Dehnung ausdrücken. In der ersten Phase dieses Forschungsvorhabens wurde der Einfluss von Feinkornanteil und Spannungszustand (isotrop / anisotrop) auf die dynamischen Eigenschaften von Sand bei kleinen bis mittleren Dehnungen experimentell untersucht. Die Ergebnisse zeigen einen deutlichen Einfluss von Feinkornanteil und Spannungszustand auf diese Eigenschaften, welche durch Erweiterung bekannter empirischer Beziehungen beschrieben wurden. Dabei wurde zur Erfassung des Einflusses des Feinkornanteils das Konzept der äquivalenten Porenzahl verwendet. Die Ergebnisse sind in hochwertigen internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht worden.Der vorliegende Antrag für die zweite Phase des Projektes konzentriert sich auf den Einfluss der Teilsättigung. Teilgesättigte Verhältnisse mit den Phasen Wasser und Luft im Porenraum des Bodens können im Baugrund zwischen Grundwasserspiegel und Bodenoberfläche angenommen werden. In dem Mehrphasensystem treten zusätzliche Kräfte z.B. infolge Kapillarität im Korngerüst auf, wodurch sich die dynamischen Bodeneigenschaften ändern. Folgende Zielsetzungen stehen im Vordergrund:i) Experimentelle Untersuchung des Einflusses des Sättigungsgrads bzw. der Saugspannung unter Einbeziehung des hysteretischen Verhaltens auf Schubmodul und Dämpfung von teilgesättigtem Sand mit Feinkornanteil bei kleinen bis mittleren Dehnungen unter isotropen und anisotropen Spannungszuständen.ii) Beschreiben von Schubmodul und Dämpfung von teilgesättigtem Sand mit Feinkornanteil mit empirischen Gleichungen.iii) Aufzeigen des Einflusses der Teilsättigung auf die Bodenbewegungen bei seismischer Einwirkung anhand der Analyse einer Bodensäule.Die Untersuchungen erfolgen im Resonanzsäulengerät (RC-Gerät) an Proben aus 70 Gew. % Hostun-Sand und 30 Gew. % Kaolin. Die Proben werden außerhalb des RC-Gerätes durch Proctorverdichtung bei optimalem Wassergehalt hergestellt. Anschließend werden sie entweder vom optimalen Wassergehalt aus oder nach Aufsättigung in Richtung der Zielwassergehalte und der dazu korrespondierenden Saugspannungen getrocknet bzw. befeuchtet. Dann werden sie in das RC-Gerät eingebaut. Dort wird die gewünschte Saugspannung aufgebracht und abgewartet, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt. Anschließend werden im RC-Versuch der Schubmodul und die Dämpfung in Abhängigkeit der Dehnung bestimmt. Anhand der Ergebnisse werden die empirischen Gleichungen zur Beschreibung des Einflusses der Teilsättigung auf die dynamischen Bodenkenngrößen entwickelt. Diese werden in die Analyse der Bodenbewegungen bei seismischer Einwirkung eingeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen