Untersuchungen zum Sandrieselverfahren unter Berücksichtigung eines Vakuums - Vacuum Sand Raining (VaSaRain)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sascha Henke
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571649836

Für die Durchführung von qualitativen hochwertigen und aussagekräftigen Modell- und Laborversuchen müssen entsprechend hochwertige Probenkörper verwendet werden. Da rollige Böden, wie Sande und Kiese, bei der in-situ Entnahme ihr inneres Korngefüge verlieren, werden diese Probe in der Regel im Labor rekonstruiert, also aus dem entnommenen Probenmaterial wiederhergestellt. Dafür hat sich das Sandrieselverfahren als besonders geeignet erwiesen, da es das natürliche Ablagerungsverhalten und somit das Korngefüge von Sedimenten nachahmen kann und die Erreichung von verschiedenen Lagerdichten ermöglicht. Allerdings entstehen bei diesem Verfahren Probleme, wenn es mit feinerem Material, wie Schluffen oder Feinsand durchgeführt wird. Selbst Sande, die nur einen geringen Feinanteil beinhalten, sind teilweise für das Sandrieselverfahren nicht geeignet. Als Grund dafür werden in der Literatur der Luftwiderstand und die Luftbewegungen beim Sandrieseln genannt. Kleinere Partikel haben, im Vergleich zu ihrer Größe und Beschleunigung, einen höheren Luftwiderstand. Somit werden diese Partikel im Vergleich zu größeren Sandkörnern durch diese Luftbewegungen stärker abgebremst und abgelenkt und es kommt zu geringen Lagerungsdichten und einer Entmischung der Probe. Um dies zu verhindern, könnte dieses Verfahren in einem (Teil-)Vakuum durchgeführt werden. Dadurch würde sich der Luftwiderstand insbesondere der feineren Partikel reduzieren, was die Entmischung der Probe verhindern und die Lagerungsdichte erhöhen würde. Um die Effekte des Vakuums und die Stärke der Auswirkungen genauer zu untersuchen werden in dem Projekt Vacuum Sand Raining (VaSaRain) sowohl physikalische als auch numerische Untersuchungen durchgeführt. Für die physikalischen Versuche wurde bereits in Vorarbeiten ein entsprechender Versuchsstand konstruiert, der die Durchführung von Sandrieselversuchen bei verschiedenen Unterdrücken erlaubt. Mit diesem Versuchsstand werden die Effekte des Vakuums auf die Probe bei verschiedenen Aufbauten und insbesondere bei verschiedenen Sanden mit und ohne Feinanteile untersucht. Dabei werden sowohl die erreichte Lagerungsdichte als auch die Dichte- und Korngrößenverteilung in der Probe untersucht. Ergänzt werden diese Versuche durch numerische Untersuchungen, die die einzelnen Partikelinteraktionen und die Luftbewegungen genauer betrachten sollen. Dafür wird eine Koppelung zwischen der Computational Fluid Dynamic Simulation (CFD) und der Diskreten Elemente Methode (DEM) aufgebaut. Die aus diesen Simulationen gewonnenen Erkenntnisse sollen es erlauben, die physikalischen Versuche zu ergänzen und die zu Grunde liegenden Effekte des Vakuum-Einflusses genauer zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen