FORSCHUNGSTHEMEN

NEWS:
https://news.provinz.bz.it/de/news/geokunststoffe-innovatives-projekt-zur-verbesserung-der-klimabilanz

Aktuelle Forschungsvorhaben

1. Forschungsschwerpunkte

Stoßartige Belastung von Steinschlagschutzfundierungen

Steinschlagschutznetze sind eine gute Maßnahme zum Schutz von Siedlungsgebieten und Infrastrukturanlagen. Verschiedene Hersteller bieten solche Steinschlagschutznetze als Systemlösungen an. Für eine erfolgreiche CE-Zertifizierung werden diese Systeme mit standardisierten Tests geprüft. Die konstruktive Ausbildung und Dimensionierung der Steinschlagschutzfundierung ist jedoch nicht Bestandteil der Zulassung und muss in Abhängigkeit von den Bodeneigenschaften und den geltenden Normen (Eurocodes) erfolgen. Als Fundament eines Steinschlagschutznetzes werden häufig Mikropfähle verwendet, die im Steinschlagereignis stoßartig belastet werden. Dieser Umstand wird im Rahmen eines Forschungsprojektes am Arbeitsbereich für Geotechnik der Universität Innsbruck untersucht. Zu diesem Zweck wurde ein 12 m hoher Rahmen konstruiert, an dem ein 1000 kg bzw. 2850 kg schweres Gewicht angebracht wurde. In den vergangenen Jahren wurden so über 65 Stützenfundierungen und 50 einzelne Mikropfähle stoßartig belastet.

Ermittlung von Auslaufbereichen und Einwirkungen auf Schutzbauwerke infolge
fließähnlicher gravitativer Massenbewegungen

Für die Betrachtung fließähnlicher gravitativer Massenbewegungen stehen aktuell verschiedene empirische und numerische Berechnungsmethoden zur Verfügung. Mithilfe der empirischen Modelle wie z.B. NGI-model, Energy line model oder UBCD flow können Einflussgebiete, Ablagerungsort sowie die Fließtiefe abgeschätzt werden. Die Ergebnisse beruhen meist auf der Datenauswertung von bereits erfolgten geologischen Massenbewegungen. Mit num-erischen Programmen wie DAN3D, RAMMS, R.AVAFLOW, MassMov2D oder FLO2D stehen dem Anwender weitaus komplexere Berechnungsverfahren, welche meist auf Grundlage der Kontinuumsmechanik beruhen, zur Verfügung.
Im Rahmen der Forschungsarbeit sollen Ansätze zur Bestimmung der Auslaufbereiche von schnellen gravitativen Massenbewegungen wie Murgänge, Schuttströme und Felslawinen –in Form von Fels- und Bergstürze– sowie deren Einwirkungen auf Schutzbauwerke untersucht werden. Die Ermittlung der maßgebenden Parameter, wie z.B. die statischen und dynamischen Komponenten der Einwirkung, werden mithilfe von Modellversuchen kalibriert und anschließend mit den unterschiedlichen numerischen Softwareprogrammen verglichen.

Bearbeiter: R. Hofmann, S. Berger

Forschungsschwerpunkt: Alpiner Raum, Geotechnik und Naturgefahren

Ermittlung Schutzbauwerke Massenbewegungen

Untersuchung der Erosionsproblematik im Dammbau

Die Erosionsproblematik im Untergrund tritt speziell im Dammbau auf. Es wurden mehrere Dammbauwerke, aufgrund von Erosion in ihrer Standsicherheit beeinträchtigt. In Zusammenhang einer unzureichenden Untergrundabdichtung, kann es im Dammbau zu Sickerströmungen kommen. Diese Strömungen bewirken eine Kornumlagerung und können zum sogenannten Erosionsgrundbruch führen, welcher den Verlust der Schutzwirkung des Bauwerkes zur Folge hat.
Mit dieser Masterarbeit werden Vorversuche im Labor mit einer Spezial-Erosionsprüfanlage zum Thema Erosion mit verschiedenen Böden durchgeführt und ausgewertet. Es werden dabei Kornverteilungen bestimmt und analysiert.

Bearbeiter: R. Hofmann, A. Steinwender

Forschungsschwerpunkt: Alpiner Raum, Geotechnik und Naturgefahren

Erosionsproblematik im Dammbau

Steinschlagsimulationen

Ein weiteres Forschungsprojekt am Lehrstuhl für Geotechnik bezieht sich auf Steinschlagsimulationen. In Zusammenarbeit mit der WLV (Wildbach- und Lawinenverbauung) werden mit gängiger Software Sensitivitätsanalysen durchgeführt. Die Analyse wird mit unterschiedlichen Massen bzw. unterschiedlicher Anzahl von Blöcken bzw. Steinen durchgeführt. Weiters wird der Einfluss der Oberflächenform, des Anprallwinkels und der Materialparameter des Untergrundes untersucht. Die Ergebnisse können dann für zukünftige Berechnungen und Untersuchungen in der Praxis verwendet werden.

Einwirkungen auf Konsolidierungssperren

Konsolidierungssperren verhindern im steilen Gelände der alpinen Täler die Erosion des Wildbaches. Wir untersuchen dabei den Wasserdruck, der auf solche Konsolidierungsbauwerke wirkt. Die Auswertung von Schäden und Felduntersuchungen zeigen, dass das gestaute Erdmaterial in vielen Fällen nicht wassergesättigt ist. Folglich müsste der volle Wasserdruck bei der statischen Bemessung nicht berücksichtigt werden. Die damit verbundene Unklarheit spiegelt sich auch in den verschiedenen Bemessungsempfehlungen wider. Die Feldbeobachtungen lassen sich durch den Aufbau des gestauten Bodens, aber auch durch eine Betrachtung der Verteilung der Energiehöhe erklären. Wir schlagen eine empirische Zuordnung der auf Sturzbachsperren wirkenden Lasten vor, die die Wahrscheinlichkeit der verschiedenen Lasten und Einwirkungen berücksichtigt.

Neue Erosionsanlage

Erosion im Untergrund tritt vor allem bei Dammbauwerken auf und beeinträchtigt deren Stabilität erheblich. In Verbindung mit einer unzureichenden Abdichtung kann das durchströmende Wasser eine Kornumlagerung verursachen, was auf Dauer zur inneren Erosion führt und anschließend eine Katastrophe verursachen kann. Im Labor wird eine neue Prüfanlage zur Untersuchung der Erosionsstabilität verschiedener Böden eingesetzt. Die Versuchsanlage wurde konzipiert, um die Erosion von Böden bei unterschiedlichen Spannungszuständen zu untersuchen. Die Basis der Anlage bilden zwei vollautomatische Universalprüfmaschinen mit Kraft- und Wegsteuerung. Der große Prüfrahmen mit einer Axialbelastung von bis zu 250 kN bietet die Möglichkeit, Probekörper bis zu Ø 300 mm einzubauen, der kleinere Prüfrahmen mit bis zu 60 kN ist für Probendurchmesser bis Ø 150 mm geeignet. Eine Zelle ist mit einer Messtechnik zur Erfassung der Durchströmung über die Zeit (Wellenausbreitung) durch ein Ultraschallsystem ausgestattet. Zusätzlich kann die Verformung gemessen werden. Eine zweite innovative Prüfzelle dient der Validierung der Prüfergebnisse mittels Computertomographie, die durch die neu entwickelte Röntgentransparenz der Prüfzelle eine Messung unter vorhandenem Spannungszustand ermöglicht wird. An beiden Prüfzellen können Normalspannungen, Porendrücke und hydraulische Gradienten angepasst werden. Für die Durchlässigkeitsmessungen sind druckfeste Vorratsbehälter bis zu 500 l vorgesehen. Zur Erfassung des erodierten Materials und zur Bestimmung der Korngröße ist ein druckfestes Messsystem integriert. Die Apparatur ist mit einer automatischen Druckregelung zur Erzeugung der Zell- bzw. Porendrücke sowie der hydraulischen Gradienten ausgestattet. Alle Systemmodule sowie alle Versuchsabläufe werden vollautomatisch über die Steuerungs- und Datenerfassungssoftware GEOSYS gesteuert.

Geotechnik-Ingenieurwesen-Biologisches Böschungslabor = digitale Böschung

Straßenböschungen sind vor allem nach intensiven Regenereignissen erheblichen Schäden ausgesetzt. Die hohen Sanierungskosten hängen mit der Straßenentwässerung, der Regenwassermenge, der Verzahnung der Oberbodenschicht mit dem Böschungsmaterial, der Böschungsneigung, dem Wasserrückhaltevermögen (der Humusschicht und des Böschungsmaterials), der Wartung, der Bepflanzung usw. zusammen. In diesem Zusammenhang ist die biologische Abbaubarkeit von Naturfaserprodukten für den Erosionsschutz von entscheidender Bedeutung. Um die Schäden an Autobahnen zu reduzieren, werden der Schutz vor Oberflächenerosion durch Begrünung sowie der Oberflächenschutz in Abhängigkeit von Dammaufbau, Böschungsneigung und Exposition in einem Forschungsprojekt näher behandelt. In dessen Rahmen wird das erste geotechnisch-ingenieur-biologische Böschungslabor unter natürlichen Bedingungen mit einem hohen Digitalisierungsgrad konzipiert. Ein wesentlicher Punkt ist, dass der entscheidende Faktor Niederschlag und der damit verbundene Wasserhaushalt des Dammes, mittels Bewässerung modelliert werden kann. Alle Parameter werden automatisch und in Echtzeit erfasst (=digitale Böschung). Ziel des Forschungsvorhabens ist es, verschiedene Bauweisen unter vergleichbaren und wiederholbaren Bedingungen hinsichtlich des Erosionsschutzes bzw. der Erosionsanfälligkeit zu untersuchen. In einem Feldversuch soll herausgefunden werden, welche Erdbaumaßnahmen in Kombination mit welchen ingenieurbiologischen Sicherungsmaßnahmen die Hangerosion am nachhaltigsten verhindern bzw. reduzieren.

Digitalisierung der Pfahlproduktion

In Zusammenarbeit mit der Industrie ist das Ziel, einen Zusammenhang zwischen den Herstellungszeiten von verrohrten Bohrpfählen und den Eigenschaften des Baugrundes zu ermitteln. Eine Betrachtung der verschiedenen Bohrkronen, Verrohrungssysteme sowie der Bohrausrüstung ist die Grundlage der Auswertungen. Die verschiedenen Herstellungsprotokolle von Pfählen in unterschiedlichen geologischen Verhältnissen werden ausgewertet. Ergänzende geotechnische Laborversuche und Modellversuche sind geplant. Dokumentationen und Probenahmen auf aktuellen Pfahlbaustellen dienen der Verbesserung der Interpretation. Auf der Grundlage der Leistungsnachweise bei der Herstellung von verrohrten Bohrpfählen, der Bodeneigenschaften und der Bohrausrüstung soll in Verbindung mit numerischen Berechnungen eine Prognose über das Verhalten der Pfähle erstellt werden.

Barodesie

Die Barodesie ist ein Materialmodell für Sand und Ton. Anerkannte Konzepte der Bodenmechanik, wie Barotropie, Pyknotropie und Konzepte aus Critical State Soil Mechanics sind im Modell enthalten. Die Barodesie wurde 2009 von Kolymbas eingeführt und wird seitdem am Arbeitsbereich angewandt und weiterentwickelt.

Laufendes FWF Projekt P 28934-N32 (2017-2121) zum Wiederbelasungsverhalten/zyklischen Bodenverhalten: Reloading in Barodesy

BearbeiterInnen: D. Kolymbas, W. Fellin, G. Medicus, M. Bode

Forschungsschwerpunkt:

Computational Engineering

Standsicherheit von Böschungen unter Wasser

Versagen von Böschungen unter Wasser kann schwerwiegende Folgen haben, z.B können im Meer sogar Tsunamis ausgelöst werden. In dem Projekt wird die Standsicherheit mittels ingenieurmäßiger Grenzgleichgewichtsmethoden und der Festigkeitsreduktionsmethode innerhalb einer Finite Elemente Berechnung untersucht. Dabei werden hochwertige Materialmodelle bzw. zumindest nichtlineare Festigkeitskriterien verwendet. Das Projekt läuft in Koorperation mit dem Institut für Geologie und ist im Doktoratskolleg Natural Hazards in Mountain Regions angesiedelt.

BearbeiterInnen: X. Dai, B. Schneider-Muntau, W. Fellin

Forschungsschwerpunkt und -zentrum: Computational Engineering und Alpine Infrastructure Engineering

Nachweis in der tiefen Gleitfuge

Für verankerte Baugruben muss der sogenannte Nachweis in der tiefen Gleitfuge geführt werden. Dazu ist derzeit ein Nachweis nach Kranz gefordert. Es werden alternative Ansätze untersucht.

Bearbeiter: W. Fellin

Forschungszentrum: Alpine Infrastructure Engineering

Festigkeitsreduktion

Zur Bestimmung des Sicherheitsfaktors bei Finiten Element Berechnung wird meistens die Festigkeit des Materials schrittweise reduziert (strength reduction) bis sich Versagen einstellt. Im Zuge dieses Projektes wird der Einfluss verschiedener Materialmodelle auf den Sicherheitsfaktor untersucht. Ein wichtiger Aspekt dabei ist das Abbruchkriterium, d.h. was definiert Versagen.

BearbeiterInnen: B. Schneider-Muntau, G. Medicus, M. Bode, W. Fellin in Kooperation mit F. Tschuchnigg (TU Graz)

Forschungsschwerpunkt- und -zentrum: Computational Engineering und Alpine Infrastructure Engineering

strength_reduction

Validierungen geomechanischer Modelle und analytischer Ansätze im Tunnelbau

Beim Brenner Basistunnel, werden baubegleitend viele Daten erhoben. Die Auswertung dieser Daten und die darauf aufbauende Validierungen von unterschiedlichen geomechanischen Modellen und analytischen Ansätzen bilden die Grundlage für diese Forschungskooperation.

BearbeiterInnen: B. Schneider-Muntau in Kooperation mit T. Cordes, Chr. Reinhold, K. Bergmeister (BBT-SE)

Forschungsschwerpunkt und - zentrum: Computational Engineering und Alpine Infrastructure Engineering

Hypoplastizität

2. Masterarbeiten - Allgemeines

Masterarbeiten können als Student*in der Umweltingenieurwissenschaften und als Student*in der Bauingenieurwissenschaften mit Wahl der Vertiefungsrichtung „GVW“ absolviert werden.

Richtwert für die Bearbeitungszeit: 4-6 Monate

Suchmaschinen für die Literaturrecherche: te@chthought

Die fertige Arbeit sollte in das Repositorium der Universität eingebunden werden: Upload ULB

Themen für Masterarbeiten

Eigenes Thema

Wir sind gerne bereit, über Themenvorschläge von Seiten der StudentInnen zu diskutieren, z.B. wenn eine Masterarbeit in einem Unternehmen geschrieben werden soll.

Betreuung: nach Wahl
Themengebiet: nach Wahl

Zur Zeit stehen am Arbeitsbereich für Geotechnik und Tunnelbau folgende Themen zur Verfügung: