Forschung

BOROPLAST ® - "Ideale Bohrlochverfüllung"
Mechanisches Verhalten und Dauerhaftigkeit von Bohrlochverfüllungen unter nicht-monotonen Einwirkungen aus Eisenbahnverkehr bei Einsatz schüttfähiger und verdichtbarer Verfüllmaterialien auf Basis von Quelltonen

Beurteilung des Trag- und des Verformungsverhaltens von Dauerbodennägeln unter besonderer Betrachtung des Beanspruchungszustandes der Zementsteinumhüllung im Gebrauchszustand - Internationale Literaturstudie

VISSKA  -  Messung, Modellierung und Bewertung der Vibrationsrammung in Bezug auf Installation, Schallemissionen und Auswirkungen auf Schweinswale im Offshore-Windpark KASKASI II

Zusammen mit den vier Projektpartnern knüpft das Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart (IGS) mit diesem Vorhaben an jahrelange Forschung im Bereich der Vibrationsrammung als Gründungsmethode für Offshore-Fundamente im Labor und in Feldversuchen an. Die bisher durchgeführten Untersuchungen haben bereits gezeigt, dass das Installationsverfahren das Potenzial hat, sowohl die Unterwasserschallemissionen als auch die Installationsdauer zu verringern. Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, auf den vorliegenden Ergebnissen aufzubauen und diese um weitere Erkenntnisse zu ergänzen. Langfristig soll die neuartige Gründungsmethode als eine schallärmere und naturverträglichere Alternative zum bisher genutzten Impulsrammverfahren etabliert werden.

Das Projekt wird begleitend zur Errichtung des Offshore-Windparks „KASKASI II“ durchgeführt. Durch die Entwicklung und Validierung von Prognosemodellen zur Einbringbarkeit und zur Schallentwicklung sowie durch die Untersuchung der Reaktion von Schweinswalen auf den Dauerschall soll die Überführung des neuartigen Installationsverfahrens in den Stand der Technik ermöglicht werden.

Zentrales Ziel des vom Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart (IGS) bearbeiteten Teilvorhabens ist die Fortentwicklung und Validierung eines numerischen Simulationsmodells, das durch eine physikalisch begründete Modellbildung die Ermittlung und Prognose des Eindringverhaltens sowie der dabei entstehenden Unterwasserschallemissionen bei der Vibrationsrammung von Monopiles bei zukünftigen Windpark-Projekten unter Berücksichtigung der standortspezifischen Baugrundverhältnisse und der gewählten Herstellparameter ermöglicht.

RESZ  -  Verbundvorhaben: IWAES  -  Integrative Betrachtung einer nachhaltigen Wärmebewirtschaftung von Stadtquartieren im Stadtentwicklungsprozess

Das inter- und transdisziplinäre Verbundprojekt IWAES verfolgt das Ziel, durch einen innovativen, ganzheitlichen Ansatz Infrastruktursysteme der Siedlungswasserwirtschaft zur Ein- und Ausspeicherung von Wärme- und Kälteenergie innerhalb eines Stadtquartiers unter integrativer Betrachtung von Stadtentwicklungsprozessen zu adaptieren, um so die Grundlage für einen ausgeglichenen Wärmehaushalt im urbanen Umfeld zu schaffen.

Das Verbundvorhaben IWAES stellt die zentralen Themen der Richtlinie „Ressourcen-effiziente Stadtquartiere für die Zukunft“ Wasserwirtschaft und Flächennutzung in den Fokus der Bearbeitung. Hierbei sind folgende Fragestellungen zu beantworten:

• Kann durch eine technische und stadtplanerische Optimierung ein ausgeglichener Wärme-/Kältehaushalt
  innerhalb eines Stadtquartiers erreicht werden?
• Wie sieht eine effiziente und technisch realisierbare Infrastruktur zur Verteilung und Speicherung der
  Wärmeenergie unter Nutzung der Konstruktionen des Siedlungswasserbaus aus?

Das Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart (IGS) übernimmt im Rahmen dieses Projektes die Gesamtkoordination sowie die Modellierung des Wärmeverbundnetzes nebst den Detailuntersuchungen des adaptierten thermisch aktivierten Hybridkanals.

Erprobung einer geothermischen Bergwassernutzung am Grenztunnel Füssen

Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Erstellung einer Implementierungshilfe, die dem Betreiber einer durch geothermisches Bergwasser gespeisten direkten, passiven Freiflächenheizung eine schnee- und eisfreie Fahrbahnoberfläche ermöglicht. Im Fokus steht der möglichst effiziente, störungsfreie Betrieb der Anlage.

Im ersten Schritt erfolgt eine Kalibrierung der Anlage sowie die Installation einer Wetterstation um die atmosphärischen Einflüsse auf die Fahrbahnoberfläche zu messen. Messungen werden über zwei Winter- und eine Sommerperiode durchgeführt. Im ersten Jahr werden durch Variation der veränderbaren Randbedingungen möglichst viele Daten über die einzelnen Wärmeströme gesammelt.

Diese Daten werden in eine numerische Simulation integriert, aus der dann die Größe der einzelnen Wärmeströme ermittelt wird. Danach erfolgt die Implementierung und Optimierung eines Regelalgorithmus, dessen Ziel es ist, die Freiflächen möglichst effizient eis- und schneefrei zu halten. 

Validate Frost  -  Vertiefte Evaluierung der "Minus 3°C-Grenze" beim Betrieb von Erdwärmesonden

Die Ermittlung der minimal zulässigen Zulauftemperatur von Erdwärmesonden unter der Prämisse (a) einer Frostvermeidung im Verfüllmaterial und im Untergrund sowie (b) einer ausreichend geringen Systemdurchlässigkeit im Verfüllmaterial und in den Kontaktzonen zwischen Verfüllmaterial und Bohrlochwandung bzw. Sondenrohren erfordert eine eingehende Untersuchung von unterschiedlichen geometrischen sowie material- und betriebsbedingten Randbedingungen einer Erdwärmesonde.

Hierzu ist ein zweistufiger Aufbau von Laborexperimenten vorgesehen, der - jeweils ergänzt durch numerische Simulationen - das Verhalten von Erdwärmesondenverfüllbaustoffen unter Temperaturdehnungen und Frost-Tauwechseln beschreib- und berechenbar macht.

Die physikalischen Prozesse des Frost-Tauwechsels werden hierbei durch die Entwicklung eines Modellierungsansatzes zur Berücksichtigung des Phasenwechsels im Verfüllbaustoff erfasst. Mit den so gewonnenen Erkenntnissen werden im Anschluss Berechnungen unter Variation der geotechnischen und hydrogeologischen Randbedingungen durchgeführt, um abschließende Aussagen zur minimalen Zulauftemperatur zu erhalten, unter denen im Sinne eines intakten Baugrund/Verfüllungssystems ein sicherer Betrieb einer Erdwärmesonde möglich ist.

In Teilprojekt 3 "Multiphysiksimulationen zur Beschreibung der Erdwärmesonde-Verfüllbaustoff-Boden-Interaktion bei niedrigen Betriebstemperaturen" untersucht das IGS die Ergebnisse der anderen Teilprojekte auf der Basis eines thermisch-mechanisch-hydraulisch gekoppelten Modells und entwickelt einen semiempirischen Ansatz zur Berücksichtigung des Phasenwechsels bei thermisch-hydraulisch gekoppelten Berechnungen. Darüber hinaus erfolgt die Untersuchung der Rissbildung zwischen Boden und Verfüllmaterial.

Überprüfung der Auswirkungen der Anwendung der Filterregeln für Geokunststoffe des M Geok E

Durch die Bearbeitung des Vorhabens wird überprüft, ob die derzeit verwendeten Filterregeln zur Bemessung von geotextilen Filter im Anwendungsbereich des Straßenbaus gemäß Merkblatt M Geok E (Ausgabe 2016) noch dem Stand der Technik entsprechen.

Dafür wird zunächst eine Marktstudie zu Geokunststoffherstellern und deren Produktpaletten für die Anwendung als geotextile Filter durchgeführt. Die filtertechnischen Kennwerte der am Markt erhältlichen geotextilen Filter werden mit den Anforderungen nach M Geok E verglichen. Ferner wird im Rahmen einer bundesweiten Datenerhebung der Erfahrungsstand bezüglich des Einsatzes von Trenn- und Filtergeokunststoffen im Erdbau des Straßenbaus aufgenommen und hinsichtlich ggf. vorhandener systematisch auftretender Problemstellungen ausgewertet.

Die erkannten Problemstellungen werden anhand von Systemexperimenten Boden/Geokunststoff sowie durch Versuche zum Materialtransport aus Böden unter Laborbedingungen simuliert. Die Versuchsergebnisse werden dann zur Überprüfung der Filtergrenzen herangezogen.

Das Ziel ist die Aufstellung von praxistauglichen Entscheidungshilfen zur anwendungsabhängigen Auswahl von geotextilen Filtern bzw. ggf. auch zum Verzicht auf deren Anwendung unter bestimmten Randbedingungen.

EPIB 1.2  -  Simulation punktueller Instabilitäten infolge plastischer Verformungen im Unterbau/Untergrund unter dynamischer Belastung durch Eisenbahnverkehr

Schadstellen im Unterbau/Untergrund an in konventioneller Schotterbauweise erstellten Schienenfahrwegen führen in der Regel zu erheblichen betrieblichen Einschränkungen sowie aufwendigen Bau- und Unterhaltungsarbeiten und können bei nicht Erkennung sogar die Betriebssicherheit von Schienenwegen gefährden.

Dementsprechend ist das Ziel des Verbundprojekts die möglichst frühzeitige Erkennung von punktuellen Instabilitäten im Zusammenhang mit plastischen Verformungen wassergesättigter bindiger Böden im Unterbau/Untergrund, hervorgerufen durch Überbeanspruchung des Fahrwegs, konstruktive Ursachen sowie mangelnde Unterhaltung.

Die sukzessive Vorgehensweise umfasst die Ausarbeitung charakteristischer Eigenschaften von punktuellen Instabilitäten anhand der relativen Einsenkung und Wellenlänge von Gleislagefehlern unter Belastung sowie der Auswertung von Messdaten im Zusammenspiel mit ausgewählten Simulationsszenarien.

Darauf aufbauend gilt es zunächst, punktuelle Instabilitäten anhand typischer Kraftschwankungen zwischen Rad und Schiene frühzeitig zu erkennen, um somit ein zielgerichtetes Eingreifen zu ermöglichen, welches einen dauerhaft hohen Fahrkomfort des Fahrwegs sichert und damit verbunden eine Reduzierung der Unterhaltungskosten, die Erhöhung der Liegedauer des Gleises sowie eine Steigerung der Sicherheit zur Folge hat.

Soweit es gelingt, hinsichtlich Frequenz und Amplitude typische dynamische Zusatzanregungen bezüglich der Rad-Schiene-Kräfte als Indikatoren für das Vorhandensein lokaler Instabilitäten zu identifizieren, können aus kontinuierlichen Aufzeichnungen der Radkraftschwankungen bzw. Achslagerbeschleunigungen auch bei Regelzügen entsprechende Erkenntnisse gewonnen und in das Fahrwegunterhaltungsmanagement integriert werden.

Scaled Testing of Vibration in Medium to Dense Sands

Formulation and implementation of two-phase Material Point Method

Bearbeiter: Seyedfarzad Fatemizadeh

Pile installation using CPDI

Bearbeiter: Sujith Gowda

Liquefaction simulation using CPDI

Bearbeiter: Shreyas Giridharan