Erdstofflabor

Der größte Scherwiderstand beim Bruch des Bodens wird Scherfestigkeit genannt. Im Rahmenschergerät wird die Bodenprobe in eine zweiteilige Scherbüchse eingebaut, durch eine Normalkraft belastet und durch eine Schubkraft entlang einer vorgegebenen Fläche abgeschert. Durch den Versuch erhält man den inneren Reibungswinkel und die Kohäsion des Bodens.

Diese Werte werden benötigt für:

• Standsicherheitsnachweise von Erdbau- und Grundbauwerken
• Nachweis von Böschungen, Stützmauern, Dämmen, Geländesprüngen
• Erddruckberechnung
• Grundbruchnachweise
• Geländebruchberechnung

Wie die klassischen Kastenschergeräte dient dieses Großgerät der Ermittlung der Scherfestigkeitsparameter eines Lockergesteins. Aufgrund seiner Abmessungen (Schwerfläche 50 x 50 cm, Probenhöhe je 10 cm im oberen und unteren Scherrahmen, max. Scherweg 15 cm, max. Scherkraft 125 kN) können grobkörnige Materialgemische einer Scherprüfung unterzogen werden. Ebenso untersucht werden kann das Verbundverhalten Boden – Geokunststoff.

Bindige Böden ändern mit dem Wassergehalt ihre Zustandsform. Sie sind bei hohem Wassergehalt flüssig und gehen mit abnehmendem Wassergehalt in einen plastischen bis zu einem festen Zustand über. Diese Zustandsänderungen verändern die Bodeneigenschaften entscheidend. Die Zustandsform wird durch 3 Grenzwerte definiert: Fließgrenze, Ausrollgrenze und Schrumpfgrenze. Die Fließgrenze ist der Wassergehalt am Übergang von der flüssigen zur bildsamen Zustandsform. Von diesen Grenzwerten werden die Plastizitäts- und Aktivitätszahl abgeleitet.

In der Versuchsgrube der Hochschule können verschiedenste bodenmechanische Untersuchungen in einem naturnahen Maßstab bzw. im Maßstab 1:1 durchgeführt werden. Ein besonderes Einsatzgebiet besteht in der naturmaßstäblichen Untersuchung von geokunststoffbewerten Tragschichten von Straßen in erdfallgefährdeten Gebieten sowie weiteren Problemen bei gering tragfähigem Baugrund. Versuche wurden ferner u.a. zum Tragverhalten von Schottertragsäulen oder zum Gleitverhalten von Winkelstützmauern durchgeführt.

Die Grube weist eine Länge von 4,70 m, eine Breit von 3,00 m und eine Tiefe von 4,00 m auf; sie ist bei Bedarf flut- und durchströmbar. Über eine verfahrbare Belastungsbrücke können Druckkräfte bis 1.500 kN sowie Zugkräfte bis 600 kN eingetragen werden. Die Lastrichtung ist vertikal, geneigt oder horizontal; die Belastung kann statisch oder dynamisch erfolgen. So kann über mehrere Belastungszylinder die Überfahrt eines LKW-Rades simuliert werden.

In Ödometern werden klassische Kompressionsversuche mit behinderter Seitendehnung zur Ermittlung des Druck-Setzungsverhaltens von Lockergesteinen durchgeführt. Die Proben können dabei Durchmesser von 70 bzw. 100 mm aufweisen. Das dargestellte Großödometer hat einen Durchmesser von 50 cm und eine ebensolche Probenhöhe. Daher können hier extrem grobkörnige Materialgemische untersucht werden, die sich aufgrund ihrer Kornverteilung bisher einer Prüfung entzogen haben. Besondere Aktualität erhalten Versuche im Großödometer durch die Notwendigkeit, Müll und andere Abfallstoffe hinsichtlich ihres mechanischen Verhaltens zu untersuchen.

Das Berstdruckgerät wurde zur Ermittlung des Spannungs-Verformungs-Verhaltens von Geokunststoffen unter radialer Belastung entwickelt. Ein durch einen Kreisring von 1 m Durchmesser eingespannter Geokunststoff wird in verschiedenen Laststufen durch Wasserdruck belastet. Die dadurch hervorgerufenen Verformungen (Dehnungen, Aufwölbungen) werden in Sektoren mit Hilfe eines Messrahmens erfasst. Aus den Messergebnissen können Gesetzmäßigkeiten des Trag- und Verformungsverhaltensabgeleitet werden, ebenso werden Untersuchungen zum Kriechverhalten angestellt und entsprechende Materialgesetze abgeleitet. Weiterhin möglich ist die Prüfung unterschiedlicher Überlappungen.

Der Kalkgehalt bezeichnet den Gewichtsanteil an Kalziumkarbonat, bezogen auf den sonstigen Feststoff im Boden. Bei Drucksickerungs- und Korrosionsvorgängen im Untergrund kann ein hoher Kalkgehalt negative Auswirkungen haben. So kann z.B. die Bildung von Lösungshohlräumen und Erosion in kalkhaltigem Boden begünstigt werden. Anhand des Kalkgehaltes ist es möglich Böden einer geologischen Einheit zuzuordnen. In Gebieten mit anstehenden Triasformationen kann z.B. der Übergangsbereich vom Oberen Bundsandstein zum Unteren Muschelkalk lokalisiert werden.

Der Triaxialversuch dient der Ermittlung der Scherfestigkeit von Böden. Während bei den klassischen Scherversuchen nur Normalspannungen eingetragen werden und der Bruch in einer vorgegebenen Scherfläche erfolgt, kann hier ein zylindrischer Probekörper durch alle drei Hauptspannungen belastet werden. Dies geschieht durch den Einbau der Probe in einer Druckzelle. Die radialen Hauptspannungen werden durch die unter Druck stehende Zellflüssigkeit eingetragen, die axiale Hauptspannung wird mit Hilfe eines Druckstempels erzeugt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die Scherflächen frei ausbilden können.