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Soil liquefaction caused by earthquakes is a devastating occurrence that can compromise the foundations of buildings and other structures, leading to considerable economic losses. Among the new remedies against liquefaction, Induced Partial Saturation (IPS) is regarded as one of the most promising technologies. In order to improve liquefaction resistance and the fluid phase‘s compressibility, gas or air bubbles are introduced into the pore water of sandy soils. This article deals with the general laboratory evaluation of a sand under partially saturated conditions and under cyclic loading to assess if this technology is applicable for a ground improvement of the examined soil. The use of the Axis Translation Technique for sample desaturation and diffusion-stable butyl membranes significantly influences the laboratory results. Additionally, it is found that the trapped air bubbles of the partially saturated samples act like a damping mechanism, which are reflected in the stress paths of the deviator stress q over the mean pressure p with an inclination of 1 : 3.

Als Projektträger der ostdeutschen Bergbausanierung entwickelt die Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH (LMBV) neuartige Ansätze für effektive und nachhaltige Lösungen zur Wiedernutzbarmachung bergbaulich beanspruchter Flächen. In den Lausitzer Braunkohlentagebauen wurde der zur Kohlefreilegung abgetragene Abraum großflächig verkippt. Die locker gelagerten Kippenböden sind bei Wasseraufsättigung infolge des Grundwasserwiederanstieges äußerst verflüssigungsempfindlich. Insbesondere in Kippentieflagen mit geringen Grundwasserflurabständen besteht beim Befahren mit schwerem Gerät eine erhebliche Gefährdung durch großräumige Geländeeinbrüche und Rutschungen, da der Boden im Verflüssigungsfall seine Tragfähigkeit verliert. Die vom Bergbau beanspruchten Flächen sind für eine forst- und landwirtschaftliche Folgenutzung wiederherzustellen, jedoch ist der Einsatz schwerer Geräte für die Sanierung angesichts der geotechnischen Gefährdungen nicht möglich. Es war daher erforderlich, für grundwasserflurnahe Kippenbereiche alternative Sanierungstechnologien zu entwickeln und zu testen. Als innovatives Verfahren wurde die Verfüllung von Tieflagen mit einem Leichtbaustoff ausgearbeitet, wobei dieser aus sicherer Entfernung über Schlauchleitungen herantransportiert und eingebaut werden kann. Ziel des Verfüllens ist die Herstellung ausreichender Grundwasserflurabstände, um damit die Tragfähigkeit für den anschließenden Einsatz von Erdbautechnik zur weiteren Überdeckung mit kulturfähigem Boden zu gewährleisten. Nach Vorauswahl und umfangreichen Laboruntersuchungen wurde der Leichtbaustoff Perlite ausgewählt und dessen Anwendbarkeit in einem Pilotvorhaben überprüft. Es wurde eine Einbautechnologie hinsichtlich Staubentwicklung, erforderlicher Wasserzugabe, Förderreichweite und Auffüllleistung getestet. Ebenso wurden die Perliteoberfläche bezüglich der Begeh- und Befahrbarkeit sowie das Setzungsverhalten bei Überdeckung mit Boden untersucht. Die Eignung des Leichtbaustoffes Perlite zur Verfüllung grundwassernaher Kippentieflagen kann bestätigt werden. Aufgrund der hohen Gestellungskosten der Perlite ist der zukünftige Einsatz als Sondertechnologie in besonders sensiblen Kippenbereichen vorgesehen.

Bindige Böden eignen sich für den Einbau in Erdbauwerken insbesondere dann, wenn sie einen Wassergehalt nahe des Verdichtungsoptimums (Proctorversuch) aufweisen. Die Bestimmung des MCV (Moisture Condition Value, zu Deutsch „Feuchtigkeitszustands-Wert“) eines Erdbaustoffs erlaubt die Beurteilung der Eignung in diesem Sinne, ohne dass der Wassergehalt und der optimale Wassergehalt (Proctorversuch) bestimmt werden müssen. Dies und die schnelle Versuchsdurchführung im Labor und im Feld machen den Versuch zu einem wertvollen Werkzeug, mit dem die erforderlichen Abläufe bei der Ausführung deutlich vereinfacht werden können. Das Verfahren wird aufgrund seiner Vorteile insbesondere in Großbritannien seit Jahrzehnten verwendet. Der Versuch ist in der europäischen Normung zum Erdbau zwar enthalten, ist in Deutschland und Österreich aber noch nicht bekannt. Im vorliegenden Beitrag wird das Verfahren gemeinsam mit Erfahrungen aus der Literatur und den Ergebnissen eigener Versuche vorgestellt.

Der Arbeitskreis 1.6 „Numerik in der Geotechnik“ der DGGT gibt in dem vorliegenden Beitrag Informationen und Empfehlungen zur Berechnung von Grundwasserströmungen und deren Auswirkungen auf die Standsicherheit mit numerischen Methoden, insbesondere mit der Finite-Elemente-Methode. Diese ergänzen die vorliegenden Gesamtempfehlungen des AK 1.6 sowie die Empfehlungen zur Berechnung der Standsicherheit mit der FEM. Es werden im vorliegenden Beitrag Grundlagen zur Berechnung gesättigter sowie teilgesättigter Grundwasserströmungen beschrieben. Dabei werden auch die zugehörigen Anfangs- und Randbedingungen sowie vereinfachende Berechnungsmodelle behandelt. Weiterhin werden physikalische Eigenschaften von Problemstellungen zur Einteilung in Analysetypen herangezogen, beispielsweise deren Zeitabhängigkeit und die Art der Kopplung zwischen mechanischem Verhalten des Korngefüges und der Grundwasserströmung. Abschließend werden Empfehlungen ausgesprochen, die Hilfe bei der Auswahl eines Analysetyps und zur Gestaltung der zugehörigen Berechnung bieten. Ebenso gibt es Empfehlungen, welche der zahlreichen Einflüsse aus der Grundwasserströmung auf das Ergebnis von FEM-Berechnungen – insbesondere zur Bestimmung der Standsicherheit – berücksichtigt werden sollten. Abschließend werden Hinweise zur Prüfung der Plausibilität der Berechnungsergebnisse gegeben.

Durch den Einsatz von Geogittern in ungebundenen Tragschichten können die Tragfähigkeits- und Gebrauchstauglichkeitseigenschaften verbessert werden. Um die Tragwirkung dieses Verbundsystems zu analysieren, wurden Triaxial- und Rahmenscherversuche durchgeführt, in welchen die Auswirkung der Skalierung der Versuchsmaterialien Tragschichtmaterial und Geogitter unter monotoner Scherbeanspruchung untersucht wurde. Bei der Untersuchung des Systems Tragschicht – Geogitter mittels bodenmechanischer Versuche werden aufgrund der begrenzten Probenabmessungen häufig kleinere Öffnungsweiten des Geogitters und kleinere Korngrößen des Tragschichtmaterials gegenüber denen in der Baupraxis verwendet. Bei der Übertragung der Ergebnisse sind Skalierungseffekte zu beachten, welche in der vorliegenden Arbeit untersucht werden. In den Triaxialversuchen wurde das Verhältnis der Öffnungsweite des Geogitters zur Korngröße beibehalten, es wurden zwei Tragschichtmaterialien untersucht. In beiden Skalierungen führte der Einsatz von Geogittern im Tragschichtmaterial zu einer Verbesserung der Tragfähigkeit durch eine Erhöhung der maximal aufnehmbaren Spannung. In den Rahmenscherversuchen wurde das Verhältnis zwischen Öffnungsweite des Geogitters und Korngröße verändert. Die Versuche mit bewehrten Proben führten bei parallel zur Scherrichtung gewählter Anordnung des Geogitters im Scherspalt zu geringeren aufnehmbaren Scherspannungen.

Eine Arbeitsgruppe der DWA (Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.) erarbeitet momentan Empfehlungen für die Planung und die Zusammensetzung von hydraulisch gebundenen, hochverformbaren Dichtwandmassen für den Einsatz im Wasserbau. Ein wichtiges Ziel ist die Ausnutzung des plastischen Materialverhaltens von hochverformbaren Dichtwandmassen. In diesem Kontext soll nachfolgend ein Vorschlag präsentiert werden, das plastische Spannungs-Verformungsverhalten, speziell im einaxialen Druckversuch, über ein neuartiges „Modell der inneren Struktur“ zu beschreiben. Das „Modell der inneren Struktur“ in dieser Ausprägung greift grundlegende Beschreibungen aus Modellen zur gerichteten Lastweiterleitung anhand konkreter Kontaktorientierungen in trockenen granularen Haufwerken auf, welche speziell in Japan in den 1960er- und 1970er-Jahren entwickelt wurden, und erweitert diese um einen Ansatz zur Berücksichtigung kohäsiver Materialeigenschaften.