Sicherere Fundamente dank erforschter Bodenstrukturen
Ungesättigte Böden sind für Geotechnikingenieure weltweit sowie auch für Experten relevant, die sich mit der Wechselwirkung einer Struktur mit dem Boden befassen. Ungesättigte Böden kommen im Ingenieurwesen bei der Einarbeitung in infrastrukturbedingte Böschungen und Dämme, Lager für radioaktive Abfälle und beim Hochwasserschutz zum Einsatz. Die Poren in ungesättigten Böden sind teilweise mit Wasser und Luft gefüllt. Das Wissen über die Mechanik ungesättigter Böden ist unter dem Druck der Bauindustrie vorangekommen. So wurden Verfahren zur Handhabung und Bewertung des Verhaltens von Erdstrukturen verbessert. Das Verständnis des Verhaltens vor dem Versagen hat entscheidende Bedeutung für die Sicherung einer langfristigen Betriebsfähigkeit und Kosteneffektivität bei verdichteten Böden. Das Sladus-Projekt ("Small to large deformations of unsaturated soils: an application to earth structures") verfolgte das Ziel, die Reaktion verdichteter Böden auf geringe Belastungen zwecks Anwendung in der technischen Dynamik zu untersuchen. Die Daten in diesem Gebiet können gleichermaßen bei der Analyse von Erdstrukturen unter statischen Belastungen wie etwa bei Fahrbahnbelägen eingesetzt werden. Bei Mandova in Italien wurden Feldversuche durchgeführt. Dort wurde zu Forschungszwecken neben den Hochwasserschutzanlagen des Po ein Damm aus tonigem Schluff errichtet. Zur Bestimmung der grundlegenden Bodeneigenschaften wurden lockerer Boden sowie störungsfreie Bodenproben mit Hilfe von Kernbohrungen mit einem Shelby-Probennehmer gesammelt. Die Sladus-Forscher führten vier verschiedene Serien von Labortests im störungsfreien Boden durch, wozu zwei Serien von Resonant-Column-Torsional-Shear-Versuchen gehörten, um das elastische Schubmodul und die dämpfenden Eigenschaften der Böden zu bewerten. Triaxialzellversuche ergaben Daten zum Festigkeitsverhalten über einen Bereich isotroper Komprimierungsstufen und das Abscheren bis zum kritischen Zustand. Mit ödometrischen Tests wurden Wassereinlagerungskurven bei verschiedenen Belastungsstufen gemessen. Zur Bestimmung anderer Eigenschaften wie der Zustandsgrenzen nach Atterberg, des spezifischen Gewichts und organischer Anteile verwendete man lockeren Boden von dem Damm. Die Atterberg-Grenzen geben in Abhängigkeit vom Wassergehalt das Verhalten feinkörnigen Bodens (wie in diesem Fall lehmigen Schluffs) an. Ein Vergleich der Daten mit anderen vorhergehend, durch moderne konstitutive Modellierung gewonnenen Proben trug zum Aufbau eines Repertoires an wichtigen Unterschieden in der kritischen Festigkeit und der Schubsteifigkeit bei geringer Belastung bei. Mit der Hilfe der Universität Cassino trug die Analyse der Mikrostruktur der Probe mit einem Rasterelektronenmikroskop zur Interpretation der Resultate bei. Das strukturelle Versagen an Straßen und Rollfeldern sowie die durch Fundamentabsenkung verursachten Schäden können oft auf Fehler bei der Realisierung einer sachgerechten Bodenverdichtung zurückgeführt werden. Die Arbeit von Sladus wird nun dazu beitragen, Destabilisierungen zu verhindern und das Verhalten verdichteter Böden bei Bodenbewegungen aufgrund von Ereignissen wie Erdbeben und des Vorhandenseins von Hochgeschwindigkeitsbahnen vorherzusagen.
