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22.10.20091 Einführung in die Ingenieurgeophysik SS 2009 FG Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch Ausgewählte Verfahren.

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Präsentation zum Thema: "22.10.20091 Einführung in die Ingenieurgeophysik SS 2009 FG Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch Ausgewählte Verfahren."—  Präsentation transkript:

1 Einführung in die Ingenieurgeophysik SS 2009 FG Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch Ausgewählte Verfahren in der Baugrunduntersuchung Referenten: Sebastian Weichelt [Master Bauingenieurwesen, Matr.-Nr.: ] Florian Herbert [Master Umweltingenieurwesen, Matr.-Nr.: ]

2 2 Gliederung 1.Einleitung 2.Verfahrensübersicht Erkundungsverfahren 2.1Bohrlochverfahren 2.2Oberflächenverfahren 3.Seismik 4.Bodenradar / Georadar 5.Zusammenfassung

3 3 1. Einleitung Wozu Baugrunduntersuchungen? Welche technischen Möglichkeiten? Quelle: historischer Bergbau Suhl Quelle: Kempfert/Raithel

4 4 2. Verfahrensübersicht Erkundungsverfahren Bohrlochverfahren Mögliche Erkundungsverfahren Optischer Bohrlochscanner Akustischer Bohrlochscanner Hohlraumvermessung Kamerabefahrung Gleitdeformeter / Gleitmikrometer Extensometer Inklinometer Trivec Piezometer Radartomografie … Aufgrund der geringen praktischen Anwendungen wird auf diese Verfahren im weiteren nicht näher eingegangen

5 5 2. Verfahrensübersicht Erkundungsverfahren Oberflächenverfahren

6 6 3. Seismik beruht auf der Ausbreitung und Erfassung von Wellen im Untergrund Entscheidender Parameter für Wellenausbreitung = materialspezifische Wellengeschwindigkeit Beeinflussung der Ausbreitung von seismischen Wellen durch Reflexion, Refraktion, Brechung, Beugung, Absorption und Streuung Signalerzeugung z.B. durch Sprengstoff, Hammerschläge, Vibratoren, Implosionen, … Signalaufzeichnung z.B. mit Geophonen, Beschleunigungsaufnehmern, Hydrophonen, … Messgeometrie erfolgt meist entlang von Profillinien 2-dim. auf der Erdoberfläche Messgenauigkeit z.B. abhängig von Bodenbeschaffenheit, Abstrahlcharakteristik der Quelle, Messgeometrie, Störgeräusche, … Mögliche Verfahren:Reflexions-, Refraktions-, Bohrloch-, Oberflächenwellenseismik, … Quelle: BAW; BU Weimar Verfahrensgrundlagen

7 7 3. Seismik Reflexionsseismik Betrachtung der an Trennschichten reflektierten Wellen Messung von Energie und Laufzeit α – reflektierte Wellenstrahlen = α – einfallende Wellenstrahlen Reflexion, wenn Impedanzänderungen Registrierung der Signale mit Geophonen an Erdoberfläche Darstellung und Auswertung in Seismogrammen Quelle: sachsen-anhalt.de Quelle: GGU mbH, 2003

8 8 3. Seismik Refraktionsseismik beruht auf Auswertung von gebrochenen Wellen wenn v 2 > v 1 entsteht refraktierte Welle (Kopfwelle) Verlauf der Kopfwelle über die Grenzschicht mit v 2 Energieabstrahlung nach oben Regist. durch Geophone Eintreten der Kopfwelle erst ab x e (kritische Entfernung) Grenzwinkel der Totalreflexion (α 1 ) über Snelliussches Brechungsgesetz: Seismogramm: Ersteinsätze direkte langsamen Impulse ab Knickpunktentfernung (x k ) Registrierung der refraktierten Wellen Wellen in der unteren Schicht laufen schneller Steigung der Geraden = Wellengeschwindigkeiten (v 1, v 2 ) Tiefengenauigkeit abhängig vom Geschwindigkeitskontrast an Schichtgrenzen und der Materialinhomogenität Quelle: GGU mbH, 2003 (kritische Winkel der Totalreflexion)

9 9 3. Seismik Praxisbeispiele: 1.Ermittlung von Felslinie und Felshärte im Zuge eines Brückenneubaus

10 10 3. Seismik - Praxisbeispiele Ermittlung von Felslinie und Felshärte im Zuge eines Brückenneubaus Verteilung des statischen E-Moduls, Verlauf Felslinie und Verteilung der Felshärten erste lokale Erkundungsbohrungen ergaben unterschiedlich verwitterten Gneis in versch. Tiefenlagen geplante Bohrpfahlgründung benötigt flächendeckende Tiefenlage des Felshorizontes Tiefenlage Felshorizont und Felshärte über Refraktionstomografie und Geoelektrik seismische Geschwindigkeit (v p, v s ) abhängig von Schichthärte (Refraktionsseismik) elektrische Leitfähigkeitsverteilung (Geoelektrik) keine Aussage über Schichtung und Felslinie Dichteinformationen (Bohrkernanalyse) 2D – Schnitt (über v und ρ) Verteilung dynamisches E-Modul Mit Kalibrierwerten des stat. E-Modul aus Kernbohrung 2D – Verteilung stat. E-Modul Quelle: FGSV W1, 2007

11 11 4. Bodenradar / Georadar Anwendungsgebiete für Untergrund/Baugrund: Quelle: GGU mbH, 2003

12 12 4. Bodenradar / Georadar Anwendungsgebiete für Bauwerke: Quelle: GGU mbH, 2003

13 Messverfahren: 4. Bodenradar / Georadar aktive Aussendung elektro- magnetischer Wellen (Impulse) mit einer Frequenz von 20 MHz bis 2 GHz Radarsignal wird in Medium gestreut, reflektiert, gebeugt und absorbiert Radarreichweite (abhängig von Leitfähigkeit σ) Messung der Signalamplitude und der Laufzeit Tiefe d = ½ * t * v Quelle: GGU mbH, 2003

14 Vom Radargramm zum Tiefenmodell: 4. Bodenradar / Georadar Quelle: GGU mbH, 2003 A: Primärsignal B, C, D: Reflexionen an Schichtgrenzen und Objekten E: Diffraktion an Einzelobjekten Laufzeitmessung bei bekannter Wellenge- schwindigkeit Berechnung der Tiefenachse bei inhomogenem Boden Tiefenachse nur Näherung Genauigkeit Tiefenachse +/- 10 % bei normalen Bed.

15 Einflussfaktoren auf Messung: 4. Bodenradar / Georadar Leitfähigkeit σ des Mediums Absorption der Radarsignale hohe Leitfähigkeit σ (feuchte bindige Böden) geringe Radarreichweite Reflexion abhängig von Materialkontrast maximal bei Metallflächen Signalstreuung abhängig von Homogenität des Mediums (künstliche Auffüllungen) mit zunehmender Entfernung geringere Signalstärke niederfrequente Signale höhere Radarreichweite hochfrequente Signale höhere Auflösung indirektes Verfahren Fehlinterpretationen durch Messpersonal Quelle: FGSV W1, 2007

16 Reichweiten des Georadars im Baugrund (Erfahrungswerte): 4. Bodenradar / Georadar BodenmaterialReichweite in m -min.max. trockene Kiese und Sande5,010,0 gesättigte Kiese und Sande2,05,0 schluffige, feuchte Kiese und Sande2,03,0 bindiger, sehr trockener Boden-2,0 bindiger, feuchter Boden-1,0 Gestein5,0> 10,0 kompakter Dolomit, Marmor-> 20,0 Quelle: GGU mbH, 2003

17 Praxisbeispiele: 1.Baugrunderkundung nach Hohlräumen in Autobahntrasse 2.Erkundung Baugrund nach Fundamentresten 4. Bodenradar / Georadar

18 Bsp. 1: Baugrunderkundung nach Hohlräumen in Autobahntrasse 4. Bodenradar / Georadar Nieder- und Mittelfrequenzantenne (100 MHz – 500 MHz) Messlinienabstände 0,4 – 1,0 m flächendeckende Erkundung detektierte Verdachtsstellen direkte Erkundungsverfahren (Schurf) Kostengrößenordnung für Trassen und Baugruben: 0,5 /m² bis 2 /m² RadargrammMessfahrzeug

19 Bsp. 2: Erkundung Baugrund nach Fundamentresten 4. Bodenradar / Georadar Aufnahme von Radargrammen Signalamplitudendarstellung innerhalb der Messfläche für eine bestimmte Laufzeit Ergebnis: Radarzeitscheiben für verschiedene Tiefenlagen die roten und schwarzen Schattierungen zeigen hohe Signalamplituden Fundamentreste werden erkannt Quelle: GGU mbH, 2003

20 Zusammenfassung Bodenradar / Georadar: oberflächennahe Erkundung des Baugrundes Vorabuntersuchung zur Festlegung von direkten Erkundungsverfahren Messergebnisse stark abhängig von Homogenität und Leitfähigkeit des Mediums, der gewählten Wellenfrequenz und der Tiefe des Untersuchungshorizonts kostengünstiges Verfahren Seismik: einfaches Messprinzip flächendeckende (und dreidimensionale) Untersuchungen und Darstellungen möglich Möglichkeit zur Verfahrenskombination Ergebnisse abhängig von richtiger Messinterpretation

21 21 Quellenangaben Einführung in die Ingenieurgeophysik SS 2009 FGSV W1, 2007, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau, Hinweise zur Anwendung geotechnischer und geophysikalischer Messverfahren im Straßenbau, Köln GGU Gesellschaft für Geophysikalische Untersuchungen mbH, letzter Zugriff: , Karlsruhe Historischer Bergbau Suhl, Kempfert/Raithel; Bodenmechanik und Grundbau, Bd. 1, Kap.4


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