BAU 5: Dr.-Ing. Y. Zou

Vorstellung des bodenmechanischen Labors
der Fakultät für Bauingenieurwesen und
Umweltwissenschaften
Dr.-Ing. Yazhou Zou
Dipl.-Ing. (FH) Markus Kring
Personal
Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. Conrad Boley
Wissenschaftlicher Laborleiter: Dr.-Ing. Yazhou Zou
Technischer Laborleiter: Dipl.-Ing. (FH) Markus Kring
Laboranten:
Herr Dimitri Kovalenko
Herr Martin Rechenauer
Herr Werner Weidinger
Frau Brigitte Pösl
Auszubildender: Korbinian Wiegers
Infrastruktur und Ausstattung
Das bodenmechanische Labor liegt im Geb. 35, BT 600, 1.OG
Laborfläche: ca. 600 m2 mit 2 Laborbereichen und 2 Klimaräumen
Laborbereich II
Laborbereich I
Infrastruktur und Ausstattung
Geräte:
• Alle Geräte zur Durchführung der bodenmechanischen Indexversuche,
z.B. 4 digitale Waagen, 2 Trockenöfen, 1 Glühofen, 2 Siebmaschinen, 8 Stände
für Schlämmanalysen, 4 Kapillarpyknometer usw.
• 5 Stände für Durchlässigkeitsversuche
• 9 Stände für Kompressionsversuche
• 1 Einaxialdruckgerät
• 6 Rahmenschergeräte
• 1 großer Rahmenscherversuchsstand
• 6 Triaxialversuchsstände
• 2 pF-Anlagen
• 1 Kreisringschergerät
• 1 dynamischer Triaxialversuchsstand
usw.
Indexversuche
Im bodenmechanischen Labor können z.B. folgende
bodenmechanische Indexversuche durchgeführt werden:
•
zur Bestimmung des Wassergehaltes
•
zur Bestimmung der Korndichte
•
zur Bestimmung der Bodendichte
•
zur Bestimmung der Korngrößenverteilung durch Siebung und
Sedimentation
•
zur Bestimmung der Zustandsgrenzen bindiger Böden (Fließgrenze,
Ausrollgrenze und Schrumpfgrenze)
•
zur Bestimmung der Lagerungsdichte grobkörniger Böden (maximale und
minimale Bodendichte)
•
zur Bestimmung des Kalkgehaltes von Böden
•
zur Bestimmung des Glühverlustes von Böden
usw.
Konventionelle bodenmechanische Versuche
Im bodenmechanischen Labor können z.B. folgende konventionelle
bodenmechanische Versuche durchgeführt werden:
• Wasserdurchlässigkeitsversuche mit
konstanter und veränderlicher Druckhöhe zur
Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit
grobkörniger bzw. feinkörniger Böden.
Wasserdurchlässigkeitsversuchsstände
• Eindimensionale Kompressionsversuche
zur Bestimmung des Kompressionsverhaltens
von Böden, z.B. Kompressionskurve,
Steifigkeitsmodul, Kompressionsmodul,
eindimensionales Konsolidationsverhalten von
Böden.
Kompressionsgerät
e
Konventionelle bodenmechanische Versuche
• Rahmenscherversuche zur Bestimmung
des Scherverhaltens, der Scherfestigkeit
und weiterer Scherparameter von Böden,
z.B. Reibungswinkel, Kohäsion, Dilatanz
und Kontraktanz von Böden.
Rahmenschergeräte
• Einaxiale Druckversuche zur
Bestimmung der einaxialen
Druckfestigkeit von Böden.
Einaxiales Druckgerät
Konventionelle bodenmechanische Versuche
• Triaxialversuche
zur Untersuchung des Scherverhaltens von Böden, z.B. Scherfestigkeit,
Reibungswinkel und Kohäsion bei unterschiedlichen
Entwässerungsbedingungen.
Zur Untersuchung der Wasserdurchlässigkeit von Böden bei
unterschiedlichen Spannungszuständen, z.B. Durchlässigkeitsbeiwert.
Zur Untersuchung der Kontakterosion
von Böden, z.B. kritischer hydraulischer
Gradient.
Zur Untersuchung des
Verformungsverhaltens von Böden, z.B.
Poissonzahl, Verformungsmodul,
Grenzfläche usw..
Triaxialversuchsstände
d = 3 cm und 10 cm
Spezialgeräte und Versuche
Im bodenmechanischen Labor können folgende Spezialversuche
durchgeführt werden:
• Kreisringscherversuche
Scherzelle:
4
P
5
d
3
1
2
ω
1: Außenzylinder
2: Scherzelle
3: Kreisringförmige Probe
4: Belastungsrahmen
5: Kraftmessdose
d: Hebelarm
ω: Drehgeschwindigkeit
Scherzelle
Kreisringschergerät
Versuchsdurchführung:
1. Die Probe wird zwischen der kreisringförmigen Scherzelle und dem Belastungsrahmen eingebaut.
2. Nach der Konsolidation unter der vertikalen Last P wird die Probe durch Drehen der Scherzelle um
die Mittelachse geschert. Die Querschnittsfläche ist während der Abscherung konstant.
3. Die Abscherung kann weggesteuert oder kraftgesteuert durchgeführt werden.
4. Während der Abscherung wird die Scherkraft durch die Kraftmessdose gemessen und der
Scherweg durch die Drehgeschwindigkeit ω berechnet.
Ziele und Ergebnisse:
1. Untersuchung des Scherverhaltens von Böden bei sehr großer Scherverformung.
2. Bestimmung der Restscherfestigkeit von Böden.
3. Untersuchung des Kriechverhaltens von Böden
Spezialgeräte und Versuche
• Dynamische Triaxialversuche
±∆P
Druckzelle:
P
2
4
σ1
σ3
3
1
1: Druckzylinder
2: Zylindrische Probe
3: Gummihülle
4: Belastungsstempel
σ3: Zelldruck
P: Vertikale Kraft
±∆P: dynamische Belastung
Versuchsdurchführung:
1. Eine zylindrische Probe wird in einer Gummihülle in der
Druckzelle eingebaut.
2. Nach der Konsolidation unter σ3 und σ1 = P/A (A:
Querschnittfläche) wird die Probe durch dynamische
Spannung ±σd = ±∆P/A belastet.
3. Verformungen und Porenwasserdruck werden während
der dynamischen Belastung gemessen.
Druckzelle
Dynamischer Triaxialprüfstand
Spannungszustand:
σ1
±σd
σ3
Ergebnisse und Ziele:
σ1
±σd
1. Bestimmung des linear äquivalenten E-Moduls: E = σd/∆ε1
2. Bestimmung des Schubmoduls: G = E/[2(1 + ν)]
3. Untersuchung des Verflüssigungsverhaltens nichtbindiger Böden
4. Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von Böden
σα
τα
α
σ3
σ1
σ3
σ3
±σd
∆σ1
+σd
−∆ε1
−σd
1
+∆ε1
Ε
ε1
Spezialgeräte und Versuche
• Großrahmenschergerät
Scherzelle
Scherzelle:
3
1
7
P
2
1: Außenbehalter
3: Obere Scherzelle
5: Verschiebung
7: Wegaufnehmer
4
6
5
2: Untere Scherzelle
4: Probe 30x30x10 cm
6: Kraftmessring
P: Vertikale Belastung
Großrahmenschergerät
Versuchsdurchführung:
1. Eine quadratische Probe (30x30x10 cm) wird zwischen der unteren und der oberen Scherzelle
eingebaut.
2. Nach der Konsolidation unter der vertikalen Last P wird die Probe durch Verschiebung der unteren
Scherzelle abgeschert.
3. Während der Abscherung wird die Scherverformung durch den Wegaufnehmer und die
Schubspannung durch den Kraftmessring gemessen.
Ziele und Ergebnisse:
1.Untersuchungen des Scherverhaltens von Kies, des Scherverhaltens zwischen Beton und
Bodenmaterialien sowie zwischen Geotextil und Bodenmaterialien.
2.Bestimmung der Scherfestigkeit grobkörniger Böden und des Scherwiderstandes zwischen Böden
und anderen Materialien.
Spezialgeräte und Versuche
• Versuche zur Bestimmung der pF-Kurve teilgesättigter Böden
Saugspannung in teilgesättigten
Böden
pF-Anlage
T
pw
1
2
pa
1: pF-Topf
2: Keramikplatte
3: Gummihülle
4: Probe
5: Druckluft
6: Entwässerung
7: Bodenkörner
p: Luftdruck
pw = pa: Wasserdruck
∆p=(pw-p): Druckdifferenz
→ Saugspannung
1: Bodenkörner
2: Porenwasser
T: Kapillarspannung
pa: Luftdruck
pw: Wasserdruck
∆p=(pw - pa): Unterdruck (Saugspannung)
Sättigungsgrad %
Saugspannung und Sättigungsgrad
(pF-Kurve)
Messtechnik
100
1
5
p
Ton
Sand
p
6
50
4
7
pw
2
2
3
0
0,1
1
10
100
1000
Saugspannung (kN/m2)
Spezialgeräte und Versuche
• Frostversuche
Frostzelle:
Frostzelle in
Klimakasten
1: Fußplatte
2: Probenring
3: Probe
4: Wärmeplatte
5: Kühlplatte
6: Kopfplatte
7: Belastungsstempel
8: Wegaufnehmer
9: Kühlflüssigkeit
10: Temperatursensoren
11: Wasserdruckaufnehmer
12: Wasserbehälter
Anlage für Frostversuche
Versuchsdurchführung:
1. Die zylindrische Probe wird in den Probenring einbaut und unter der Last P konsolidiert.
2. Die Probe wird unter einer konstanten Temperaturdifferenz von oben nach unten gefrostet.
3. Während der Frosteindringung werden Temperaturgradient, Frosthebung oder Eisdruck und
Porenwasserunterdruck oder Porenwasserüberdruck gemessen.
Ziele:
1. Untersuchung der Frosteindringung in unterschiedlichen Böden
2. Untersuchung der Frosthebung und des Eisdrucks in unterschiedlichen Böden
3. Untersuchung der Entwicklung des Porenwasserunterdrucks und der Eislinsenbildung
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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