Kombinierte Untersuchungen von Kriechen und Alterungseffekten in granularen Materialien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Roberto Cudmani
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 363074603

Das mechanische Verhalten von Boden ist zeit- und ratenabhängig. Unter Zeit- und Rateneffekten werden üblicherweise Kriechen (zeitliche Entwicklung der Dehnungen bei konstanter effektiver Spannung) und die Abhängigkeit der Spannungs-Dehnungsbeziehung von der Dehnungsgeschwindigkeit (Dehnungsrate) verstanden. Die zeitliche Änderung der Spannung bei konstanter Dehnung, sogenannte Relaxation, ist ein spezieller Fall der Ratenabhängigkeit mit der Dehnungsrate Null. Kriechen, Ratenabhängigkeit und Relaxation sind Ausdruck der Viskosität des Bodens. Eine in vielen geotechnischen Anwendungen wichtige Erscheinung des zeitabhängigen Verhaltens von Böden ist die sogenannte Alterung (engl. Aging). Sie bezeichnet die zeitliche Änderung von mechanischen und hydraulischen Eigenschaften wie die Zusammendrückbarkeit, den Scherwiderstand und die Durchlässigkeit bei konstanten effektiven Spannungen. Im Gegensatz zu feinkörnigen Böden sind Zeit- und Rateneffekte bei grobkörnigen Böden weniger ausgeprägt und können in vielen geotechnischen Fragestellungen außer Acht gelassen werden. Bei einer Reihe geotechnischer Problemstellungen müssen sie jedoch unbedingt berücksichtigt werden.Granulare Materialien zeigen sehr abwechslungsreiche und uneinheitliche Verhaltensweisen bezüglich Zeit- und Rateneffekten. Obwohl die zugrunde liegenden mikromechanischen Vorgänge bereits weitgehend aufgedeckt werden konnten, fehlt ein umfassendes mathematisches Modell, das eine Prognose von Kriechen, Ratenabhängigkeit und Alterung grobkörnigen Materialien als Funktion von granulometrischen Eigenschaften (Kornform, Korngrößenverteilung, Kornmineral) und Zustandsgrößen (Spannungen, Dichte) ermöglicht. Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist daher, die experimentellen und mathematischen Grundlagen für die Entwicklung eines umfassenden Modells für die Simulation des zeitabhängigen Verhaltens von trockenen und gesättigten grobkörnigen Böden zu schaffen. Im Einzelnen verfolgen wir die folgenden Ziele:1. Entwicklung experimenteller Verfahren für die kombinierte Untersuchung von Kriechen, Alterung und Ratenabhängigkeit grobkörniger Materialien bei isotroper Kompression sowie zylindrischer Scherung.2. Kombinierte Untersuchung des Einflusses der granulometrischen Eigenschaften und der Zustandsgrößen auf das Kriechen, die Alterung und das ratenabhängige Verhalten mit Hilfe dieser Verfahren. 3. Experimentelle Untersuchung des Effekts monotoner Spannungsänderungen auf Kriechen und Alterungsprozesse. 4. Entwicklung von Stoffgleichungen für die Beschreibung des zeitabhängigen Verhaltens granularer Materialien basierend auf zwei in der Literatur bereits existierenden Modellen und Implementierung in ein Elementtestprogramm, mit dem das im Labor beobachteten Verhalten realistisch abgebildet werden kann.5. Entwicklung von Verfahren für die Ermittlung der Materialparameter des Modells und Validierung der Stoffgleichungen anhand von Laborversuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Pierre-Yves Hicher