Untersuchungen zur Vertikaltragfähigkeit offener Profile in kohäsiven Böden unter Berücksichtigung einer möglichen Pfropfenbildung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sascha Henke
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495328022

Die Pfropfenbildung in offenen Profilen wurde bisher nahezu ausschließlich bei Pfahlinstallationen in rolligen Böden untersucht. Im Rahmen des gegenständlichen Forschungsprojektes sollen nunmehr die Mechanismen der Pfropfenbildung in bindigen Böden genauer untersucht werden. Hierzu ist es vorgesehen, dass sowohl großmaßstäbliche Versuche als auch Zentrifugenversuche an Rohrprofilen bei einer Installation in bindigen Böden durchgeführt werden. Bei großmaßstäblichen Versuchen werden reale in-situ Bedingungen bestmöglich berücksichtigt. Die Zentrifugenversuche hingegen dienen dazu, Versuche mit reproduzierbaren und genau definierten bodenmechanischen Randbedingungen zu ermöglichen. Hierzu sind Zentrifugenversuche aufgrund des realitätsnahen Spannungsniveaus im Modellversuch gut geeignet. Zudem sind bei den Zentrifugenversuchen weitreichende Variationen maßgeblicher Einflussparameter (z. B. Konsolidierungsgrad, Installationmethode, Pfahldurchmesser etc.) auf die Pfropfenbildung möglich. Die Versuche werden hinsichtlich der Spannungsentwicklung im Profilinnern als Indikator für eine Verspannung im Rohrprofil und somit eine eintretende Pfropfenbildung ausgewertet, um hieraus allgemeingültige Aussagen zu den Mechanismen der Pfropfenbildung in bindigen Böden unter Berücksichtigung der wesentlichen Einflussparameter abzuleiten.Begleitend werden Labor- und Elementversuche durchgeführt, um das materielle Verhalten der bindigen Böden insbesondere im Kontext der Pfahlmantel-Boden-Interaktion auch im Laborversuchsmaßstab zu untersuchen.Weiterhin erfolgt eine Machbarkeitsstudie bezüglich der Möglichkeiten einer numerischen Simulation der Installation offener Profile in bindigen Böden. Hierzu werden die Versuchsergebnisse der Zentrifugen- und Feldversuche genutzt, um die Möglichkeiten und Grenzen verschiedener Modellierungsansätze (CEL, DEM, SPH) zu untersuchen, um die Grundlage für auf diesen Antrag aufbauende Forschungstätigkeiten zu legen. Ziel dieses Arbeitspaketes ist es vorrangig, die numerischen Simulationen anhand der realen Versuchsdaten zu validieren.Alle Ergebnisse werden abschließend zusammengeführt, um hieraus einen analytischen Ansatz zur Ableitung des Pfahlfußwiderstandes offener Profile in bindigen Böden unter Berücksichtigung der wesentlichen Einflussparameter abzuleiten. Hierfür wird ein Ansatz auf Basis eines wirksamen inneren "Erddruckbeiwertes" im Pfropfenbereich, wie er erfolgreich im Rahmen eines Vorgängerprojektes des Antragsstellers etabliert wurde, für bindige Böden angestrebt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen