22.10.20091 einführung in die ingenieurgeophysik ss 2009 fg geohydraulik und ingenieurhydrologie...
Post on 05-Apr-2015
108 Views
Preview:
TRANSCRIPT
22.10.2009 1
Einführung in die IngenieurgeophysikSS 2009
FG Geohydraulik und IngenieurhydrologieProf. Dr. rer. nat. Manfred Koch
„Ausgewählte Verfahren in der Baugrunduntersuchung“
Referenten:
Sebastian Weichelt [Master Bauingenieurwesen, Matr.-Nr.: 25201091]Florian Herbert [Master Umweltingenieurwesen, Matr.-Nr.: 29100981]
2
Gliederung
1. Einleitung
2. Verfahrensübersicht
Erkundungsverfahren
2.1 Bohrlochverfahren
2.2 Oberflächenverfahren
3. Seismik
4. Bodenradar / Georadar
5. Zusammenfassung
22.10.2009
3
1. Einleitung
22.10.2009
Wozu Baugrunduntersuchungen?
Welche technischen Möglichkeiten?
Quelle: historischer Bergbau Suhl
Quelle: Kempfert/Raithel
4
2. Verfahrensübersicht Erkundungsverfahren
22.10.2009
2.1 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
2. Verfahrensübersicht Erkundungsverfahren
22.10.2009
2.2 Oberflächenverfahren
6
3. Seismik
22.10.2009
• 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
3. Seismik
22.10.2009
Reflexionsseismik
• Betrachtung der an Trennschichten reflektierten Wellen
• Messung von Energie und Laufzeit
• α – reflektierte Wellenstrahlen = α – einfallende Wellenstrahlen
• Reflexion, wenn Impedanzänderungen
20
2
2
tt
xv
itchwindigkeSchichtgesv
impulseReflexionsderLaufzeitt
nzenSchichtgrevonTiefetv
d
i
i
p
)(
amplitudeReflexions
)(
12
12
hichtGesteinssceSchallhärtI
vImpedanzI
II
IIR
pi
• Registrierung der Signale mit Geophonen an
Erdoberfläche
• Darstellung und Auswertung in SeismogrammenQuelle: sachsen-anhalt.de
Quelle: GGU mbH, 2003
8
3. Seismik
22.10.2009
Refraktionsseismik
• beruht auf Auswertung von gebrochenen Wellen
• wenn v2 > v1 entsteht refraktierte Welle (Kopfwelle)
• Verlauf der Kopfwelle über die Grenzschicht mit v2
• Energieabstrahlung nach oben Regist. durch Geophone
• Eintreten der Kopfwelle erst ab xe (kritische Entfernung)
• Grenzwinkel der Totalreflexion (α1) über Snelliussches
Brechungsgesetz:
1
2
2
1
2
1 sinsin
sin
v
v
v
vk
Seismogramm:• Ersteinsätze direkte langsamen Impulse
• ab Knickpunktentfernung (xk) Registrierung der refraktierten Wellen
Wellen in der unteren Schicht laufen schneller
• Steigung der Geraden = Wellengeschwindigkeiten (v1, v2)
11
12
12
cos22 ikt
vvv
vvxd
• Tiefengenauigkeit abhängig vom Geschwindigkeitskontrast an
Schichtgrenzen und der Materialinhomogenität
Quelle: GGU mbH, 2003
(kritische Winkel der Totalreflexion)
9
3. Seismik
22.10.2009
Praxisbeispiele:
1. Ermittlung von Felslinie und Felshärte im Zuge eines
Brückenneubaus
10
3. Seismik - Praxisbeispiele
23.10.2009
1. 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 (vp, vs) 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
22
22
243
sp
sp
sxx
xx
vv
vvvE
Quelle: FGSV W1, 2007
11
4. Bodenradar / Georadar
22.10.2009
Anwendungsgebiete für Untergrund/Baugrund:
Quelle: GGU mbH, 2003
12
4. Bodenradar / Georadar
22.10.2009
Anwendungsgebiete für Bauwerke:
Quelle: GGU mbH, 2003
1322.10.2009
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
1422.10.2009
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.
1522.10.2009
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
1622.10.2009
Reichweiten des Georadars im Baugrund (Erfahrungswerte):
4. Bodenradar / Georadar
Bodenmaterial Reichweite in m
- min. max.
trockene Kiese und Sande 5,0 10,0
gesättigte Kiese und Sande 2,0 5,0
schluffige, feuchte Kiese und Sande 2,0 3,0
bindiger, sehr trockener Boden - 2,0
bindiger, feuchter Boden - 1,0
Gestein 5,0 > 10,0
kompakter Dolomit, Marmor - > 20,0
Quelle: GGU mbH, 2003
1722.10.2009
Praxisbeispiele:
1. Baugrunderkundung nach Hohlräumen in
Autobahntrasse
2. Erkundung Baugrund nach Fundamentresten
4. Bodenradar / Georadar
1822.10.2009
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
1923.10.2009
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
2022.10.2009
5. 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
2121
QuellenangabenQuellenangaben
22.10.2009
Einführung in die IngenieurgeophysikSS 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, http://www.ggukarlsruhe.de, letzter Zugriff: 13.10.2009, Karlsruhe
• Historischer Bergbau Suhl, http://www.eisenstrasse.de/Lagerstaetten.htm
• Kempfert/Raithel; Bodenmechanik und Grundbau, Bd. 1, Kap.4
top related