Labor für Geotechnik

Das Labor für Geotechnik an der OTH Regensburg verfügt über die Möglichkeit zahlreiche Untersuchungen an Bodenproben durchzuführen. Neben den gängigen geotechnischen Laborversuchen können auch komplexe Versuchsdurchführungen umgesetzt werden.

Lehre im Labor

Was ist Geotechnik?

Die Geotechnik umfasst alle Ingenieurwissenschaften, die sich mit dem Bau- und Untergrund beschäftigen. Dabei geht es um den Entwurf, die Bemessung und Bauverfahren sowie die Herstellung von Bauwerken und Bauwerksteilen, deren Verhalten hauptsächlich vom Untergrund (Baugrund) abhängt.

In der Geotechnik haben sich einzelne Bereiche herausgebildet, die nach der Art des Baugrunds und der Bauwerke unterschieden werden: Grund-, Erd- und Felsbau, Tiefbau und Spezialtiefbau, unterirdischer Hohlraumbau (Tunnel, Kavernen), u.v.a.m.

Lehre im Labor

Das Labor für Geotechnik als wesentlicher Bestandteil der interdisziplinären Ausbildung der Studierenden der Fakultät Bauingenieurwesen unterstützt die praktische Vertiefung von Lehrinhalten der Fächern des Bachelor-Studiengangs „Ingenieurgeologie“, „Geotechnik I und II“, „Tunnelbau“ sowie im Masterstudiengang „Numerik in der Geotechnik“, „Praxis der Bodendynamik und Ertüchtigung von Gründungen und Erdbauwerken“. Fachlich als auch technisch kooperiert das Labor für Geotechnik mit den benachbarten Laboren für Werkstoff im Bauwesen und dem Labor für Tragwerke, die sich in einer gemeinsamen Versuchshalle befinden und sich den Betriebshof teilen.

Zur praktischen Vertiefung und Ergänzung der Lehrinhalte der Vorlesung B1-Ingenieurgeologie absolvieren im Bachelorstudiengang alle Studierenden der Fakultät ein aus 6 Themenbereiche eingeteiltes Praktikum mit 5 Laborterminen (KVL, Lagerungsdichten, Proctorversuch, Durchlässigkeit, Steifigkeit, Scherfestigkeit) sowie einem Termin im Feld (Bodenaufschlüsse, Sondierungen, Dichtekontrollen).

Im Masterstudiengang werden u.a. ein Feldpraktikum mit Erschütterungsmessungen an der DB Strecke Regensburg – Passau im Fach Bodendynamik durchgeführt, sowie im Fach Numerik in der Geotechnik Kompressions- und Triaxialversuche ausgewertet, die zur Kalibrierung von Stoffmodellen im FE-Programm Plaxis herangezogen werden.

Ergänzt werden die Vorlesungsinhalte durch Exkursionen.

Forschung im Labor

Im Labor für Geotechnik findet Forschung auf vielfältigen Gebieten statt.

Im Rahmen umfangreicher Entwicklungs- und Forschungsprojekten sowie kontinuierlichen Forschungsaktivitäten werden nahezu sämtliche Mess- und Gerätetechniken eingesetzt und zusätzlich neue Geräte entwickelt (s.u. RIST). Die hervorragende mess- und gerätetechnische Ausstattung ist Grundlage der Forschung und daraus resulteirende kooperativen Dissertationen im Fachgebiet Geotechnik.

Zahlreiche Bachelor- u. Masterarbeiten sowie Projektarbeiten behandeln geotechnische Aufgabenstellungen aus den Bereichen Bauindustrie, Planungsbüros, öffentlichen Bauherren sowie Forschungs- und Entwicklungsprojekten, die mit den zur Verfügung stehenden Mess- und Prüfgeräten bearbeitet werden.

Unsere Kompetenzen

Numerische Berechnungen

Zur Lösung komplexer geotechnischer Aufgabenstellungen kommen numerische Methoden zum Einsatz.

Numerische Rechenverfahren ermöglichen u.a. Verformungsprognosen und Nachweise zur Gebrauchstauglichkeit; ebenso sind geophysikalische Prozesse modellierbar.

Im Labor für Geotechnik an der OTH Regensburg kommen mehrere FE-Programmpakete (u.a. Plaxis 2D+3D, Comsol) zum Einsatz.

Geotechnische/ -physikalische Messungen

Geotechnische und Geophysikalische Messungen dienen unter anderem der Überwachung bei der Erstellung oder dem Betrieb von Bauwerken. Hierdurch können geotechnische oder geophysikalische Prozesse im Boden nicht nur theoretisch berechnet werden, sondern durch diverse Sensorik auch praktisch nachgewiesen werden. DasLabor für Geotechnik verfügt hierfür über eine umfangreiche Ausstattung an Messsensorik.

Baugrunddynamik

Baugrunddynamische Fragestellungen erfordern neben numerischen Untersuchungen insbesondere Kenntnisse zum Bodenverhalten unter dynamischen Einwirkungen. Dafür verfügt das Labor für Geotechnik über neben Geräteausstatung zur Durchführung von zyklischen Labor- und Feldversuchen auch über feldtaugliche Messanlagen mit Universalverstärkern zu Erfassung von Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung zur Erfassung und Beurteilung von Erschütterungsemissionen u.a. an Bahntrassen.

Im Labor werden zyklische Versuche an zylinderförngen Bodenproben mit unterschiedlichen Seitendrücken zur Ermittlung des Last-Verformungsverhaltens und belastungsabhänigen Bodenparametern durchgeführt. Für Untersuchungen im Feld kommt u.a. ein Inertialshaker zum Einsatz, mit dem Wellenfelder erzeugt werden können.

Bodenmechanische Laborversuche

Aufgrund einer hervorragenden Geräteausstattung kann das Labor für Geotechnik neben den Standartuntersuchungen auch komplizierte und aufwändige Laborversuche in einem klimatisierten Raum durchführden.

Neben Triaxialversuchen mit eindimmensionaler Konsolidierung (K0-Veresuche) und/ oder Bender-Elementen zur Ermittlung der dynamischen Bodenparamater, sowei Interface-Scherversuchen mit und ohne Bodenbestromung seine auch Versuchsgeräte zum Aufsättigungs- und Austrocknungverahlten von Böden (PF-Kurven) erwähnt.

Weitere Gerätetechniken können der Liste der Laborausstattung entnommen werden.

ZFSV

Zeitweise fließfähige, selbstverdichtende Verfüllbaustoffe (ZFSV) werden überwiegend aus Böden, die direkt bei Aushub von Gräben, Einschnitten und Baugruben anfallen, erzeugt. Damit werden Zukauf, Transport und Einbau von zumeist Sanden und Kiesen vermieden, sowie die zu deponierenden Aushubmaterialen drastisch reduziert.

Das Labor für Geotechnik verfügt über alle Versuchsgeräte, um die für den jeweiligen Verwendungszweck gewünschten Eigenschaften zu überprüfen und auch der Baustelle abzusichern. Diese können Anforderungen z. B. an die Kompressibilität, Wiederaushubfähigkeit, Wasserdurchlässigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Immobilisierung von Schadstoffen, u.v.a.m sein.

Zudem wurden eigenständige Versuchsgeräte - wie der RIST - entwickelt, die ins Regelwerk Eingang fanden.

Ankerprüfungen und Pfahlbelastungen

Ankerprüfungen (PÜZ-Stelle):
standard Verpressankern mit Litzen- u.Einzelstabzuggliedern, Staffelankern, Gruppenprüfungen, Abhebeversuche zur Bestimmung der vorh. Ankerkräfte an alle Ankersystemen.

Pfahlintegritätsprüfung:
mittels Low-strain Methode.

Pfahlprobebelastungen:
axiale u. laterale statische Druck-u. Zugprobebelastungen an allen Pfahlarten (bis max. 25MN Druckbeanspruchung) einschließlich der dem Ziel entsprechenden Instrumentierung von grundsätzlichen bis hohen Anforderungen

Baugrunderkundung und Feldversuche

Auch beste Labortechnik liefert ungenaue oder gar unzutreffende Ergbnisse, wenn die angelieferten Boden- und Felsproben gestört bzw. im schlechten Zustand sind.

Um aussagekräftige und belastbare Ergebnisse zu ermitteln, kann das Labor für Geotechnik auf ein eigenes Bohrgerät mit Probesampler zurückgreifen, um schonend und sorgfältig gelöste Boden- und Felsproben zu entnehmen. Im Bohrloch können ergänzende Versuche z.B. zur Wasserdurchlässigkeit durchgeführt werden.

Ergänzt wird die vorhandene Bohrtechnik durch Sondier- und weiteren Feldversuchestechniken, die es ermöglichen indirekte Untersuchungen im Baufeld auszuführen.

Technikumsversuche im Maßstab 1:1

Oftmals sind Untersuchungen direkt auf der Baustelle an Bauteilen aus technischen, terminlichen und wirtschaftlichen Gründen nicht möglich, weshalb das Labor für Geotechnik auch Technikumsversuche im Maßstab 1:1 anbietet. Hier können Versuchskästen mit den Abmessungen 2 m x 3 m x 6 m und größer aufgebaut werden, wobei diese an jeweiligen Aufgabenstellungen angepasst werden.

Belastungen werden mit geregelten Hydraulikpressen von 100 bis 1500 kN auch zykilisch mit bis zu 300 mm Hub, oder mittels geregelten Heiztechniken als Temeperatur augebracht. Prüflinge und umgebendet Boden werden mit unterschiedlichsten Sensoren zum Erfassen ihres Verhaltens unter verschiedenster Belastungen bestückt.

Stabilisierungssäulen

Stabilisierungssäulen sind kleinkalibrige, pfahlartige Tragglieder, die zumeist ohne Stahlbewehrung, weniger Materialaufwand und folglich auch mit geringerem CO2 -Abdruck als Pfähle hergestellt werden können.

Das Lastabtragungs- und Versagensverhalten von Stabilisierungssäulen sind – insbesondere bei Belastungen quer zur Säulenachse – noch nicht ausreichend verstanden und erforscht, ebenso wie das Interaktionsverhalten mit den zwischen den Überbau und Säulen angeordneten Lasttransferschichten aus ungebunden Tragschichtmaterialein oder Bindemittel - stabilisierten Böden.

Unterstützt von Modell- und Feldversuchen sowie numerischen Berechnungen werden die vorgenannten Thematiken untersucht.

Laborausstattung

Das Labor für Geotechnik ist modern und zukunftsweisend ausgestattet

3 x Universalprüfmaschinen 10 kN für geregelte Kompressionsversuche u.a. mit CRS-Belastung
4 x Universalprüfmaschine 25 kN inkl. Ausbausets für Triaxialversuche mit hydropneumatischer Druckvorlagen
3 x Universalprüfmaschinen 50 kN Druck / 10 kN Zug für zyklische Versuche inkl. Ausbausets für Triaxialversuche mit elektronsicher Druckkolben u.a. zur Durchführung von K_0- Konsolidierung
1 x Universalprüfmaschine 250 kN für Druckfestigkeitsprüfungen von hydraulisch verfestigten Böden
3 x RS2 – elektronische Rahmenschergeräte mit Parallelführungen
1 x RS5 – für zyklische Einfach-Scherversuche / Simple Shear Test
1 x RIST - Regensburg Interface Shear Test zur Ermittlung der Adhäsion Boden/Werkstoff
2 x Mobile Hydraulische Belastungseinheiten bis zu 1500 kN inkl. Spannrahmen zur Durchführung von Großversuchen in Versuchsgrube und/ oder Probebelastungen von Stabilisierungssäulen sowie zum Einsatz an Großdruckzelle für Großproben bis zu D/H = 600/1200 mm.
3 x Versuchsstände mit 12 Einzelplätzen für lastgesteuerte Kompressionsversuche
Hydropneumatischer Versuchsstand mit 3 Einzelplätzen zur Ermittlung der Wasser-Durchlässigkeit von Böden
Backenbrecher, Regelbarer Labormischer Ammann ELBA
Siebmaschinen, Feinstsiebanalysen und Sedimentationsanalyse
X-Ray Particle Size Analysator Micromeretics
Geräte zur Ermittlung der Atterbergschen Grenzen sowie Fallkegelgeräte
Heliumpyknometer zur Dichteermittlung
Geräte zur Ermittlung des Kalkgehalts, Glühverlustes und der Wasseraufnahmefähigkeit
Messgeräte und Versuchsstände zur Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von Böden
Faseroptisches Messsystem Fos4X mit 12 Kanälen zur Messung dynamischer Kenngrößen wie Dehnung, Geschwindigkeit, Beschleunigung
Faseroptisches Luna ODISIS B mit 8 Kanälen zur verteilten Messung von Dehnungen, Temperatur, etc.
Mobile Messanlage mit Universalmessverstärker u.a. für Erschütterungen, Weg, Druck, etc. bis zu 64 Kanälen
Geräte zur Bodenerkundung: Pneumatische DPL, Mobile DPH, Nordmeyer-Bohrgerät jeweils inkl. Sondier- und/ oder Bohrausrüstung, etc.
Geräte für erdbautechnische Kontrollprüfungen: Statische und dynamische Lastplatte, Ausstechzylindersets, Densitometer, etc.