PETROVIC Drazen, ZIGALA Simon | Hänge in

Berichte zu den Praktika 2013
»Gemeinsam für nachhaltige Entwicklung – The Future We Want«
Eine Initiative des Bundesministeriums für Wissenschaft und Forschung
Dražen Petrović, Simon Zigala
Hänge in Bewegung
IGT Innsbruck
Das IGT – Institut für Infrastruktur, Arbeitsbereich für Geotechnik und Tunnelbau an der
Universität Innsbruck – befasst sich als Teildisziplin des Bauingenieurwesens mit allen
Fragestellungen den Baugrund betreffend.
In diesem Arbeitsbereich ist auch ein Labor angesiedelt, in dem geotechnische Parameter
bestimmt werden. Hier verbrachten wir den Großteil unseres Praktikums. Der dort zuständige
Laborant Herr Stefan Tilg führte uns dabei Schritt für Schritt in die diversen Versuche ein und
zeigte uns, worauf es bei jedem einzelnen ankommt.
Projekt im Laternsertal
Wir durften während unseres Praktikums unter anderem ein spezielles Projekt bearbeiten.
Dabei wurden im Laternsertal (Vorarlberg) an diversen Böschungen flachgründige
Rutschungen untersucht, welche stets unregelmäßig auftreten. Die lokalen Bauern haben es
dadurch sehr schwer, da jährlich nur eine Mahd möglich ist. Steiles Gelände und die dort
auftretenden Rutschungen erschweren es den dort lebenden Bauern zusätzlich, da sie große
Teile der Wiesenflächen praktisch vollkommen unbrauchbar machen.
Ziel war es, zunächst vor Ort Bodenproben zu entnehmen und durch gezielte Versuche im
Labor Aufschlüsse über die Bodenbeschaffenheit und mögliche Zusammenhänge mit den
Hangrutschungen zu erforschen.
Im Laternsertal gibt es unzählige solcher Hangrutschungen. Seit 2009 sind bereits 109 Fälle
kartographiert worden. Diese Zahl macht es leider unmöglich, jede einzeln zu untersuchen. Da
die betroffenen Böschungen an sich allerdings sehr ähnlich sind, entschieden wir uns dafür,
einen Hang im Detail zu untersuchen und Rückschlüsse auf die anderen Rutschungen zu
ziehen.
Wie zu sehen ist, hat die Rutschung bereits
einen enormen Schaden am Hang angerichtet.
Zudem verläuft unter ihm noch eine
vielbefahrene Bergstraße, die dieses Projekt
noch brisanter macht. Der dort ansässige
Landwirt konnte seitdem diesen Bereich
natürlich
nicht
mehr
bewirtschaften
und
musste ihn zum Schutz von Mensch und Tier
sogar einzäunen und abgrenzen.
PETROVIC, ZIGALA
Flachgründige Hangrutschung
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Eine Initiative des Bundesministeriums für Wissenschaft und Forschung
Um einen ersten Eindruck vom Bodenaufbau zu erhalten, wurde
ein Loch gegraben und anschließend wurden dort Bodenproben
für die Versuche im Labor entnommen.
Um die nötigen Parameter zu bestimmen, wurden bereits vor Ort
einige
bodenmechanische
Versuche
mit
Handgeräten
durchgeführt, unter anderem die Bestimmung der Dichte im Feld
sowie die Bestimmung der undrainierten Scherfestigkeit mit der
Handflügelsonde.
Materialprüfung
Entnahme der Bodenproben
Bestimmung der Scherfestigkeit – Direkter Scherversuch
Beim direkten Scherversuch (DSV) wird die Scherfestigkeit
des Materials bestimmt. Ausgehend von den Ergebnissen
können
geotechnische
Berechnungen
wie
z.B.
Standsicherheitsuntersuchungen durchgeführt werden.
Das Probematerial wird hierfür in zwei übereinander
liegende, starre Rahmen eingebracht und von oben mit einer
DSV Scherrahmen
bestimmten Normalkraft belastet. Indem die beiden Rahmen
kontinuierlich gegeneinander
verschoben werden, wird das Material abgeschert.
Gleichzeitig werden die notwendige Scherkraft, der Scherweg
und die Höhenänderung des Probematerials gemessen. Das
Verhältnis von Normalkraft zur sich ergebenden Scherkraft ist
ein Maß für die Scherfestigkeit.
DSV Scherstand
Bestimmung der Korndichte - Tauchwägung
Die Tauchwägung dient zur Ermittlung von Masse und Volumen von Bodenproben. Die Dichte
(=Masse/Volumen) einer Probe kann mit dieser Methode auch bei unregelmäßiger Geometrie
sehr einfach bestimmt werden kann.
Die Masse des Prüfkörpers wird ganz einfach durch Abwiegen bestimmt. Für die an
unregelmäßigen Körpern schwierige Volumenbestimmung wird das Archimedische Prinzip
verwendet.
Archimedes (griechischer Gelehrter; † 212 v.Chr.)
„Der statische Auftrieb eines Körpers in einem Medium ist genauso groß wie die
Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums.“
PETROVIC, ZIGALA
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Das Material wird dafür in ein Bad aus Paraffin (Wachs) getaucht, um alle Poren zu
verschließen und so zu verhindern, dass Wasser eindringen kann. Anschließend wird das
umhüllte Material komplett in Wasser getaucht gewogen. Mit Hilfe des Gewichtes der Probe
unter Auftrieb kann man das Volumen des eingetauchten Prüfkörpers feststellen und so auf
dessen Dichte schließen.
Probe
Messung mit Probe
unter Wasser
Probe + Paraffin
Ergebnisse - Bezug zum Thema Nachhaltigkeit
Aus dem Scherversuch ging hervor, dass es sich um ein sehr feinkörniges Material mit geringer
Scherfestigkeit handelt. Besitzt ein Boden nur eine geringe Scherfestigkeit, so kann es
vorkommen, dass dieser schon bei flacher Steigung ins Rutschen gerät, wie in der Abbildung
zu erkennen ist.
Scherfestigkeit an Hängen
α
<
β
<
γ
Aus der Tauchwägung der Bodenprobe konnte das Gewicht des Bodens bestimmt werden. Bei
Niederschlag kommt es durch die Grundwasserströmung zu einer zusätzlichen antreibenden
Kraft, durch die Hänge ins Rutschen geraten können.
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Diese beiden Faktoren führen bei den steilen Hängen im Laternsertal schon bei sehr wenig
Niederschlag zu gefährlichen Hangrutschungen.
Beeinflussung durch Regen
Derzeit beschäftigt sich ein Forschungsprojekt (C3D-ISLS) mit Lösungsvorschlägen für dieses
Problem. Unsere Forschungsergebnisse leisteten dabei nachhaltig einen Beitrag zur Lösung
dieser Thematik.
Quellenangaben
Archimedisches Prinzip: http://de.wikipedia.org/wiki/Archimedisches_Prinzip, 29.7.2013.
Bestimmung der Scherfestigkeit nach DIN 18137-3, Sept. 2002.
Bestimmung der Dichte des Bodens nach DIN 18125-2, Aug. 1999.
C3D-ISLS: http://blog.zieher.cc/photo-gallery/, 2.8.2013.
Hangrutschungen verstehen: http://www.uibk.ac.at/ipoint/news/2013/hangrutschungenverstehen.html.de, 2.8.2013.
Bericht zu den Praktika von Dražen Petrović und
Simon Zigala
Betreuung: Dipl.-Ing. Dr. techn. Barbara SchneiderMuntau, Stefan Tilg; Universität Innsbruck, Institut
für Infrastruktur, Arbeitsbereich Geotechnik und
Tunnelbau
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