Adhäsion zwischen ebenen Stahloberflächen und kohäsiven Böden (ASBO)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Grabe; Professor Dr.-Ing. Marius Milatz
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516859143

Ein vertieftes Verständnis der Kontaktfläche zwischen einer Struktur oder einem Werkzeug und dem umgebenden Boden ist für viele geotechnische Anwendungen fundamental. Anwendungsgebiete reichen von Pfahlstrukturen, welche ihre Tragfähigkeit über ihre Mantelfläche mobilisieren, bis hin zu Vortriebsschilden von Tunnelvortriebsmaschinen, deren Vortriebsleistung maßgeblich durch die Bedingungen in der Grenzfläche zum Boden gekennzeichnet ist. In den meisten geotechnischen Anwendungen wird das Reibungsgesetz nach Mohr-Coulomb verwendet, um die Interaktion zwischen Boden und Strukturoberfläche zu beschreiben. Für kohäsionslose Böden lässt sich dieser Ansatz gut verwenden, für kohäsive Böden jedoch ist das Verhalten in der Grenzfläche deutlich komplexer. Es kommt zu Anhaftungen und Verklebungen des Materials und es scheinen Kräfte in der Grenzfläche zu herrschen, die nicht lediglich auf Reibung zurückzuführen sind. Bisher gibt es kein zufriedenstellendes Modell, welches das Verhalten zwischen einer Stahloberfläche und einem kohäsiven Boden vollumfänglich abbilden kann. Das vorliegende Forschungsvorhaben hat u. a. das Ziel eine Versuchsdatenbank zu schaffen, die es erlaubt Modelle des Grenzflächenverhaltens zwischen kohäsiven Böden und Stahl abzuleiten. Diese basiert auf einem umfangreichen Versuchsprogramm mit spezialisierter Versuchstechnik und kontrollierter Probenherstellung. Aufbauend auf den Erkenntnissen sollen numerische Modellierungsansätze für die Grenzfläche entwickelt werden. Die entwickelten Modelle können in vielen geotechnischen Problemstellungen Anwendung finden. Zu nennen sind beispielsweise Zugpfähle in bindigen Böden sowie sich im maschinellen Tunnelvortrieb einstellende Verklebungserscheinungen. Die Berücksichtigung der Adhäsion kann zu einer wirtschaftlicheren Bemessung führen und die Möglichkeit Anhaftungen zu simulieren könnte es ermöglichen Verklebungen an Werkzeugen in Abhängigkeit der Bodenbeschaffenheit besser vorherzusagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen