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Dränfähige Stabilisierungsinjektionen in erosions- und suffosionsanfälligen Lockergesteinen

Vogel, Harald :
Dränfähige Stabilisierungsinjektionen in erosions- und suffosionsanfälligen Lockergesteinen.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2000)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Dränfähige Stabilisierungsinjektionen in erosions- und suffosionsanfälligen Lockergesteinen
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung In Gebieten mit überdecktem Karst stehen die Ursachen von Schäden an Bauwerken häufig im Zusammenhang mit den Wirkungen des Wassers innerhalb der Lockergesteinsdeckschichten. Die-se Wirkungen, die zusammenfassend als hydromechanische Bodendeformationen bezeichnet wer-den und zu Materialverlagerungen aus den Deckschichten in den tieferen, kavernösen Untergrund führen, können sich unter den genannten, ganz speziellen geohydraulischen Verhältnissen in Form von Senkungen oder Erdfällen an der Geländeoberfläche äußern. Die Folgen sind häufig schwer-wiegenden Schäden an einer Bebauung. Aber nicht nur im o. g. Problembereich sind die hydrome-chanischen Wirkungen des Wassers für Schäden verantwortlich; auch in jungen fluviatilen, zu-meist geschichteten Lockergesteinsablagerungen können Erosions- und Suffosionsvorgänge zu vergleichbaren Schäden an der Oberfläche führen. Die bisher zur Verbesserung entsprechender Zustände angewandten Stabilisierungsverfahren kön-nen zwar einerseits die Stabilität des Baugrundes wesentlich verbessern; allerdings bewirken diese Verfahren andererseits gleichzeitig auch eine weitgehende Abdichtung der behandelten Bodenbe-reiche, so daß die natürliche Sicker- und Grundwasserbewegung nachhaltig beeinträchtigt wird. Die Folgen können von einer Durchfeuchtung der Bauwerksgründungen der betroffenen Bauwerke infolge eines Wasseraufstaus, bis hin zur Verschlechterung des Tragfähigkeitsverhaltens bindiger Bodenschichten infolge deren Durchfeuchtung reichen. Die entwickelten dränfähigen Stabilisierungsinjektionen basieren auf dem bekannten Joosten-Verfahren, bei dem eine Wasserglaslösung und der gelbildende Härter unmittelbar nacheinander eingepreßt wurden. Dieses Verfahren diente überwiegend zu Verfestigung des Baugrundes. Bei den daraus abgeleiteten dränfähigen Stabilisierungsinjektionen wird durch die zeitliche Tren-nung der Wasserglas- von der Härterinjektion dem Wasserglas die Möglichkeit gegeben, sich der Schwerkraft folgend nach unten auszubreiten. Dabei wird ein bestimmter Bodenbereich bis minde-stens zu seiner Feldkapazität mit Wasserglas benetzt. Das Wasserglas verdrängt bei dieser druck-losen Ausbreitung vorhandenes Porenwasser aus den Kornzwickeln und lagert sich bevorzugt selbst dort an. Die überschüssigen Lösungsanteile fließen weiter nach unten ab, wodurch der Po-renraum wieder weitgehend frei wird. Durch Reaktion mit dem nach der Ausbreitungszeit nachge-preßten Härter entsteht ein wasserunlösliches Silikatgel, das dann bevorzugt in den Kornzwickel entstanden ist und eine nachträgliche silikatische Verkittung, d. h. eine Verstärkung der Korn-zu-Korn-Kontakte bewirkt. Die verbleibende Durchlässigkeit ist naturgemäß wesentlich höher als bei einer vollständigen Po-renfüllung durch Silikatgel. Dies bedeutet, daß die natürliche Wasserbewegung im Untergrund in geringerem Maß gestört wird. Da das Verfahren genau dort ansetzt, wo die eigentlichen Scha-densprozesse ablaufen, ist es zudem als bauwerkschonend anzusehen. Mit der vorliegenden Arbeit wurden für das Verfahren die Grundlagen der Bemessung und Leistungsbewertung geschaffen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Abstract In covered karst areas and comparable geological situations with erosion- and suffosion processes in the underground, conventional stabilization-methods do not only stabilize the loose material but also have sealing effects on a large scale. Because of deflection of ground-water- or seepage-flow, damming up and soaking of cohesive soils, conservative stabilization methods have great influence on the natural hydrogeological situation and as a consequence of this sealing effect, deformation of ground and endangering of buildings can take place. Therefore in some definite geological situations a new method for stabilization without sealing effect will be a helpful tool for sanitation. This method, called DRAENSTAB-Injection, base upon the well known JOOSTEN-method for soil-stabilization. It may be applied for sand- and coarser materials mainly in the unsaturated zone, but also in the saturated zone with lowered groundwater-table. The process consists of three steps: In the first step a water-glass solution is injected in the top part of the instable area and - in consequence of the relationship between pressure and permeability - all pores in a spherical volume get completely filled. After injection of a pre-calculated volume, the water-glass solution moves by gravity only in vertical direction. Depending on the field capacity, the solution is distributed in this second step over a certain soil-volume, larger than the initial completely saturated volume. This spherical volume together with an underlying cylindrical volume are only partially saturated after this step of spreading. The water-glass solution is placed only in the wedges between the grains and on their surfaces but a large part of the pore volume keeps free. After this step of spreading another solution for hardening the water-glass is injected. Because of the arrangement of the water-glass only in the wedges of the pores and on the grain-surfaces, exclusively in these locations a reaction with creation of silicate gel is possible at all. The result of the explained process is a subsequent strengthening of the grain-to-grain-contacts of a granular soil by a siliceous matrix and therefore, a good stability effect together with a sufficient residual permeability is retained. For example, an application of the DRAENSTAB-Injection is not only possible in the pavement of a covered karst situation where seeping water movement will cause erosion and suffosion processes in the pavement; application is also possible in stabilization of erosive and suffosive stratified materials in the underground of embankment dams, where piping-effects endanger the stability of the construction. In these cases the new DRAENSTAB-method will be most useful to stop material displacement and stability problems.English
Divisions: Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:20
Last Modified: 07 Dec 2012 11:46
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000026
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-266
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Brauns, Prof. Dr.- Josef and Ebhardt, Prof. Dr. Götz
Advisors: Molek, Prof. Dr.- Herward
Refereed: 24 July 1999
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/26
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