Elektrokinetik bei empfindlichen Böden
Weltweit besteht bei weichen Böden immer Abrutschungsgefahr, was insbesondere Gebäude und Infrastrukturen schädigen kann. Dieser Problematik nahmen sich nun Forscher an und entwickelten innovative Verfahren zur Beprobung, Analyse und Manipulation empfindlicher natürlicher Tonerden. Das Projekt EMPIRIC untersuchte mit kombinierten Techniken aus der Materialwissenschaft, Geotechnik und Elektrotechnik den Einfluss elektrokinetischer Parameter auf das hydromechanische Verhalten mariner Tone. Zunächst wurden mit hochwertigen Blockproben mehrere hydromechanische Vergleichstests im Nanometer- bis Zentimetermaßstab durchgeführt. Ergebnis dessen war ein systematischer Überblick zur Probenqualität bei schwedischen Böden. Ein herkömmliches Triaxialgerät wurde so modifiziert, das unterschiedlich große Proben mittels elektrischer Spannung geprüft werden konnten. Dabei wurde eine neuartige Triaxialzelle, die ursprünglich für die Mikrofluidik entwickelt wurde, konstruiert und mit wellenfreien Spritzenpumpen ausgestattet. Auf diese Weise konnten kleinste (10 mm x 2 mm Durchmesser) und größere Mengen (100 mm x 50 mm Durchmesser) beprobt und die Kontrollgenauigkeit gegenüber kommerziellen Systemen verbessert werden. Zudem bieten sich den KMU, die die neue Spritzenpumpentechnik entwickelten, neue Anwendungsbereiche. Mit den beiden neuen Techniken konnten geringfügige Veränderungen im Tonmaterial detektiert werden. Die Miniaturproben wurden mittels digitaler 2D-Bildkorrelation und 3D-Volumenkorrelation getestet, um das Dehnungsfeld in 1D-Dehnungskompressionstests zu bestimmen. Weiterhin wurden mittels 3D-Tomographie und einer Synchrotron-Röntgenquelle Tests durchgeführt, um die niedrige zeitliche Auflösung zu verbessern. Die Entwicklungen des Projekt EMPIRIC sind Grundlage für weitere Forschungen und neue Kontinuummodelle, die elektrokinetische Effekte bei der Formulierung und Validierung dieser Modelle für die getesteten marinen Tone analysieren.
Schlüsselbegriffe
Elektrokinetik, mariner Ton, hydromechanisch, EMPIRIC, Triaxialzelle
