Jahresbroschur_2019_G²

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8 Unsere ForschungsthemenForschungsbereich Sensorik in der GeotechnikIn mehreren Richtungen werden seit einiger Zeitdurch G2 Gruppe Geotechnik Anwendungsfelderder Geotechnik beschrieben, welche derzeit nur inungenügender Qualität, mit hohem Aufwand, nurkleinräumig punktuell oder linienhaft und aus derErfahrung oft auch mit Unsicherheiten in der Präzisionmesstechnisch begleitet werden. Aus eigenen Erfahrungenin der Arbeit auf Probefeldern oder messtechnischenAufgaben aus anderen Fachdisziplinenliegt jedoch in der Entwicklung neuer Messverfahrenund Nachweismethoden für neue bautechnischeLösungen enormes Potential. Insbesondere die Entwicklungstrendsinnerhalb der Sensorfertigung erlaubenderzeit Lösungsansätze auf Basis einer hohenMesspunktdichte, hohen Abtastraten und damitrealistischen Visionen von in Echtzeit überwachtenBauflächen und ganzen Erdkörpern für ganz unterschiedlicheZwecke. G2 Gruppe Geotechnik hat beginnendin 2016 gleich in mehreren RichtungenForschungsziele in unterschiedliche Richtungenformuliert und bearbeitet so z. B. seit 2017 gemeinsammit dem Praxispartner GGL Geotechnik und GeophysikLeipzig das Vorhaben MOVE, ein Projekt zurEntwicklung eines Verfahrens zur flächenhaftenQualitätskontrolle auf Basis seismischer Signalerfassung.In aufwändigen Stufen konnten hier neueMessknoten auf Basis von hochempfindlichen Beschleunigungssensoren(MEMS = Micro-Electro-MechanicalSystems) entwickelt und getestet werden.Viele dieser Messungen konnten dabei in unsererVersuchsgrube in Leipzig-Reudnitz stattfinden, einüberdachter Messplatz mit präpariertem Bodenkörpermit definierten Eigenschaften. Durch dieKombination von geotechnischen und geophysikalischenMessmethoden in diesen stets aufwändigenFeldversuchen unter stabilen idealen Bedingungenentstand schließlich ein wertvoller Diskussionsraumfür den Forschungsansatz. Parallel mussten die Aufnahme-und Auswertetechnik der Sensorknotendurch Softwareentwicklungsstufen gelöst und Modellezur Wellengeschwindigkeit in numerischenSimulationen seismischer Impulse in Bodenkörpernentwickelt und interpretiert werden. Das Ziel desVerdichtungsnachweises durch die Interpretationvon Oberflächenwellen im entwickelten Verfahrenwurde schließlich zum Jahresende erreicht – undgleich neue Fragestellungen aufgeworfen. Diesewerden nun zukünftig durch die Partnerschaft verfolgt.Sensorknoten sind auch in einem zweiten Vorhaben– diesmal in reiner Eigenentwicklung für das FTZLeipzig durch G2 Gruppe Geotechnik – Forschungskern.Ziel des im Herbst 2018 gestarteten Projektessenod+ ist die Entwicklung eines Monitoring-Systemsfür geotechnische Volumenbauwerke wie z. B. Dämme,Böschungen, Deiche und Straßenaufschüttungenund insbesondere in deformationsgefährdeten Bereichen.Kernfragen der marktorientierten Forschungrichten sich an Messort und Detektionsmöglichkeitenkleinster Initialbewegungen in Böden bei beginnenderDeformation ganzer Bodenbereiche bis zumTotalversagen und die Interpretation aus Vorhersagemodellen.In 2019 wurden als geotechnische BewegungsmodelleStudien zum Böschungsversagenund zum Bruchverhalten von Erdfällen ausgeführt.Die Experimente konnten dabei durch technischeModifikation an den indoor-Versuchsständen unterAnwendung der Particle Image Velocimetry undEntwickelte Basisplatine zur Verwaltungvon Beschleunigungssignalen
Unsere Forschungsthemen 9GeotechnischeSensorik istein weitererForschungskernder G2 GruppeGeotechnik.Teil eines Kamerasystems zurräum lichen Verformungserfassungbei Druckprobenrechnerischer Deformationsauswertung via Istrabegleitet werden.Mit großem versuchstechnischem Aufwand wurdenin beiden Studien prinzipielle Aussagen zum Scherbruchverhaltenabgeleitet und damit die Lokationder Schwächezone bester Messort der Sensoranwendungnachgewiesen. Schwierig hingegen wirdaufgrund der stark modellhaften Vereinfachungund Effekten der Skalierung in den Maßstäben 1:5bis 1:20 in den Versuchen die Übertragbarkeit derDeformationsmuster auf echte Geosysteme gewertet.Ende 2019 starteten daher weitere Schritte der Praxisüberprüfungin einem Großversuch – dieser solldann 2020 durch das interdisziplinäre Projektteam(Sensor- und Softwareentwicklung, geotechnischeBemessung und Nachweisführung) durch Unterstützungvon CDM Smith und dem Landesamt fürStraßenbau und Verkehr mit den bis dahin entwickeltenprototypischen Sensor-Entwicklungsstufenunter Realumgebungsbedingungen stattfinden.Ausschließlich für die Laboranwendung hingegenwird noch bis Mitte 2020 ein optisches und damitberührungsloses Verfahren der Deformationsmessungfür Bodenproben unter statischer oder dynamischerBeanspruchung bei mechanischen Prüfungenentwickelt. Dieses gemeinsam mit der GeomationGmbH geführte Projekt setzt auf die Erkennung vonMessmarkern auf einer speziellen Membran, in welchersich die Bodenprobe befindet. Ein etablierterLösungsansatz dafür kommt aus dem BereichStructure of Motion. Dabei werden aus einer auf -genommenen Bildserie die jeweiligen Kamera -positionen geschätzt. Ausgangspunkt dafür ist einehinreichend große Anzahl von korrespondierendenPunktepaaren. In einer eigens entwickelten Weiterverarbeitungder Bild- und Verformungsinformationenwird eine Modellierung der 3D-Oberflächeder Bodenprobe durch die dreidimensionale Rekonstruktionerfasster Punktepaare mittels Triangulationrealisiert und könnte damit Aussagen zumDehnungsverhalten der gesamten Mantelflächeeiner zylindrischen Bodenprobe oder auch zu möglichenstrukturellen Schwächen durch das Anzeigenvon Dehnungsanomalien während ein- oder mehraxialerPrüfungen ermöglichen. In der derzeitigenprototypischen Entwicklungsstufe wird dies durchein Mehrkamerasystem in Spinnenform realisiert.In der Schlussphase soll nun das neue Messverfahrentechnisch-wissenschaftlich durch eine größere Versuchsreihenachgewiesen werden
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