Experimentelle Validierung des Konzepts der effektiven Spannung für teilgesättigte Böden - Saugspannung, Scherfestigkeit und Zugfestigkeit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gunnar Heibrock; Dr.-Ing. Diethard König, seit 3/2018
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283176637

Die Anwendbarkeit des Konzepts der effektiven Spannungen auf teilgesättigte Böden ist nach wie vor Gegenstand kontroverser Diskussionen. Einer der favorisierten Ansätze ist die Beschreibung der Wechselwirkung zwischen Wasser und Boden und damit der makroskopische Wirkung von Saugspannungen mit Hilfe des effektiven Spannungsprinzips. Dieser Ansatz hat den großen Vorteil, dass für den Fall, dass diese Beschreibung gelingt, die klassischen bodenmechanischen Ansätze auch zur Beschreibung des mechanischen Verhaltens teilgesättigter Böden verwendet werden können. Eine wachsende Zahl von experimentellen Untersuchungen zur Scherfestigkeit teilgesättigter Böden deutet darauf hin, dass das effektive Spannungskonzept für grenzzustandsbezogene Fragstellungen, wie zum Beispiel die Stabilität von Böschungen, anwendbar ist. Eine systematische Validierung auf der Grundlage von Experimenten steht jedoch noch aus. Insbesondere fehlen Untersuchungen die den gesamten relevanten mechanischen Spannungsbereich und sehr kleine bis zu sehr großen Saugspannungen berücksichtigen. Der mögliche Einfluss unterschiedlicher Versagensarten wurde bisher ebenfalls nicht untersucht. Ziel des Projektes ist die experimentelle Validierung des effektiven Spannungsprinzips für einen feinkörnige Boden unter Berücksichtigung der genannten Defizite. Auf der Grundlage unterschiedlicher Scher- (triaxiale Druckversuche, direkte Scherversuche) und Zugversuche (direkte Zugversuche, Hollow-Cylinder Tests) an teilgesättigten Bodenproben wird die zugehörige Scherfestigkeit ermittelt. Abweichend von vorhandenen Untersuchungen werden damit systematisch kleine bis große mechanische Spannungen wie auch kleine bis große Saugspannungen berücksichtigt. Durch den Vergleich der Ergebnisse aus den unterschiedlichen Versuchsarten wird die Berücksichtigung möglicher Einflüsse der Versagensart möglich. Die Versuchsergebnisse bilden die Grundlage für die Ableitung von analytischen Funktionen zur Beschreibung der effektiven Spannung als Funktion der Saugspannung, Sättigung und Bodenstrukturabhängigen Parametern in feinkörnigen Böden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Tom Schanz, Ph.D., bis 2/2018 (†)