Abgeschlossene Projekte

Projektlaufzeit:

2020 - 2022

Förderprogramm:

 Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (BMWi)

Projektpartner:

GGL Geophysik und Geotechnik Leipzig GmbH

Zusammenfassung:

Das Forschungsprojekt beschäftigte sich mit der Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur Erfassung von Deformation und Untergrundveränderungen innerhalb massiver Erdkörper. Ein variabel anpassbares Sensorsystem generiert dabei Informationen auf Basis der natürlichen Bodenunruhe unter Ansatz der seismischen Interferometrie. Dabei wurde ein Verfahren entwickelt, welches ein Kippen- bzw. Böschungssystem mit mehreren seismischen Signalgebern in Form von Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) dauerhaft überwacht. Mit Hilfe der seismischen Interferometrie sollen Informationen über das Ausbreitungsmedium durch die zeitliche Überlagerung von Wellensignalen gewonnen werden. Im Vergleich zu klassischen Geophonen bietet das Sensorsystem den Vorteil einer höheren Frequenzstabilität im niederfrequenten Bereich und erweiterte Möglichkeiten in der Datenprozessierung.

Projektlaufzeit:

2019 - 2023

Förderprogramm:

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Projektpartner:

ECOSOIL Ost GmbH

Zusammenfassung:

Das Projekt "RoDyCom"befasste sich mit der Anwendung der Rolling Dynamic Compaction (RDC) Technik zur Verdichtung von Kippenböden nach dem Tagebau. Die RDC-Methode nutzt eine unrunde Walze, um den Boden effektiv zu verdichten. Das Projekt zielte darauf ab, die Wirkungsweise der RDC auf Kippenböden zu untersuchen und die Kinematik des Systems zu verstehen. Es wurden Feld- und Laborversuche durchgeführt, um die Methode zu verbessern und Richtlinien für ihre Anwendung zu entwickeln. Die Ergebnisse sollen die Verdichtung von Böden in Bergbaufolgelandschaften effektiver und sicherer gestalten, was sowohl für Deutschland als auch international von Bedeutung ist.

https://www.htwk-leipzig.de/forschen/forschungsprojekte/rodycom

Projektlaufzeit:

2018 - 2021

Förderprogramm:

BMWi INNO-KOM Modul "Marktorientierte Forschung und Entwicklung" (49MF180030)

Projektpartner:

Zusammenfassung:

Ziel dieses Vorhabens war die Entwicklung eines neuartigen Monitoring-Systems für geotechnische Volumenbauwerke wie z.B. Böschungen und Dämme in besonders deformationsgefährdeten Geozonen. Das System befindet sich aktuell in einer abschließenden Testphase im Böschungsbereich des ehemaligen Tagebaus Mücheln (heute Geiseltalsee). Mithilfe mehrerer Sensorknoten können schlagartige Bewegungen und Verkippungen innerhalb der Bodenstruktur in Echtzeit erfasst und ausgewertet werden. 
 
Das entwickelte Produkt ist aktuell in der Lage, auf Basis von Beschleunigungssensoren Bewegungen im Untergrund zu identifizieren. Ein integriertes Warnsystem auf Basis von konfigurierbaren Schwellwerten bietet die Möglichkeit, Bewegungsszenarien in Echtzeit anzuzeigen.

Während der Projektbearbeitung wurden zahlreiche bodenmechanische Modellversuche für die Versagensfälle „Erdfall“ und „Böschungsbruch“ für die Systemeignung durchgeführt und mithilfe von numerischer Betrachtungen unterstützt.

Zukünftig werden für die einzelnen Messknoten unterschiedliche Sensorbausteine geprüft, um gezielt für Umweltanwendungen diverse Parameter erfassen zu können. Dieses Projekt dient als Basis für die Projektreihe smart grains.
Für weitere Informationen verweisen wir auf unser Projektposter "Überwachung von deformationsanfälligen Geozonen mittels intelligenter Messsensorik" und die im Zuge der Projektbearbeitung entstandene Veröffentlichung „Sensornetzwerke als Alternative zur etablierten geotechnischen und geodätischen Überwachungsmessung“.

Projektlaufzeit:

2018 - 2020

Förderprogramm:

BMWi - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZF4088608WM7)

Projektpartner:

Geomation GmbH

Zusammenfassung:

Das Projekt beschäftigte sich mit der Live-Analyse der Verformungsvorgänge von zylindrischen Bodenproben. Kernelement des gemeinsam mit der Geomation GmbH bearbeiteten Projekts war eine intelligente Messmembran mit optischen Messmarkern, welche durch ein aktives Mehrkamerasystem zur Auswertung des Spannungs-Verformungs-Verhaltens bei der bodenmechanischen Prüfung erfasst wurde.
Für die Weiterverarbeitung der Bild- und Verformungsinformationen zu einer Modellierung einer 3D-Oberfläche der Bodenprobe wurden neue Schnittstellen zur Datenauslesung sowie zur Übertragung an die Steuerung der standardisierten Versuche entwickelt.
Durch das kalibrierte, aktive Stereo-Kamerasystem wurde eine Positionsermittlung von Punkten auf Probenoberflächen im dreidimensionalen Raum vorgenommen, korrespondierende Punktepaare wurden erfasst und die dreidimensionale Rekonstruktion dieser Punktepaare wurde mittels Triangulation ermöglicht.

Projektlaufzeit:

2017 - 2019

Förderprogramm:

BMWi - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZF4088607JA7)

Projektpartner:

GGL Geophysik und Geotechnik Leipzig GmbH

Zusammenfassung:

Seismische Methoden gehören zu den indirekten Methoden der Erdbauprüfung. Die oberflächenseismischen Verfahren können über große Strecken und Flächen zerstörungsfrei eingesetzt werden. Dennoch werden sie zur Verdichtungsprüfung im Trassenbau/Erdbau bisher nicht eingesetzt. Im bewilligten FuE-Vorhaben MOVE soll deshalb ein Messverfahren auf Basis eines mobilen seismischen Messrasters zur oberflächennahen und flächenhaften Verdichtungskontrolle von Böden bis in einer Tiefe von 5 m entwickelt und bis zur prototypischen Anordnung begleitet werden. Das zu entwickelnde Verfahren verfolgt einen aus wissenschaftlicher und wirtschaftlicher Sicht vollkommen neuen Ansatz der Verdichtungskontrolle, da hier ein vom Verdichtungsgerät unabhängiges, zerstörungsfreies, flächenhaftes Messverfahren zum Einsatz kommt. Die Bearbeitung des Themas erfolgt in einem ZIM-Kooperationsprojekt zwischen GGL und FTZ eV..

Lösungsansatz Der Lösungsansatz des Vorhabens wird in drei wesentliche zu erbringende Elemente unterteilt (siehe Abb. 2). Bei der Entwicklung technischer Vorgaben werden Anordnungsvarianten der Sender-Aufnehmer-Abstände für das neue Verfahren hergeleitet. Die bestehenden seismischen Mess- und Auswerteverfahren liefern grundlegende Lösungsansätze und werden für das Vorhaben skaliert und abgestimmt. Geophone sind in ihren Amplituden- und Phasenübertragungscharakteristiken eingeschränkt und sollten durch besser geeignete hochempfindliche Beschleunigungssensoren ersetzt werden. Als Aufnehmer kommen Microelectromechanical Systems (MEMS) zum Einsatz. Gegenüber konventionellen Geophonen sind MEMS weniger empfindlich im Hinblick auf elektronische Störsignale und unempfindlich gegenüber der Neigung der Sensoren im Feldeinsatz. Sie zeichnen die Bodenpartikelbewegung als Beschleunigung auf und können als Drei-Komponenten-Sensoren (3C-MEMS) eingesetzt werden. Die seismische Quellen sind in ihrer Gestaltung so flexibel, dass auf bestehende zurückgegriffen werden kann. Zur Konfiguration der Aufnehmerabstände und zur Festlegung der Quellposition werden Modellrechnungen mit Hilfe von numerischen Simulationen mit den Programmen ReflexW und ABAQUS durchgeführt. Nach der Festlegung der technischen Parameter der Messapparatur werden geophysikalisch-geotechnische Laborversuche durchgeführt. Diese dienen der Erfassung seismischer Parameter der Wellenausbreitung und geotechnischer Parameter der Verdichtungsbewertung. Die Messungen werden in einem speziell errichteten Laborversuchsstand bis in ca. 1 m Tiefe durchgeführt. Eingesetzt werden dabei bekannte direkte und indirekte geotechnische Prüfmethoden (Ausstechzylinder, Densitometer, DPL, Troxler Sonde) zur Validierung der seismischen Messungen. Die finale Parameterfestlegung und Bewertung des Verfahrens der mobilen seismischen Verdichtungskontrolle erfolgt über Feldversuche, wo größere Tiefen untersucht werden können. Ziel dabei ist das Testen der Messapparatur unter realen Bedingungen und an natürlichen Böden. Anhand parallel aufgenommener Grundparameter des Versuchsmaterials oder des Untergrundes der Feldversuche, wird eine Interpretation durch Korrelation der seismischen Auswertung zum Verdichtungsgrad des Materials vorgenommen.

Projektlaufzeit:

2015 - 2018

Förderprogramm:

BmBF -  Forschung an Fachhochschule mit Unternehmen (FHprofUnt)

Projektpartner:

BOMAG GmbH, TERRA MIX Bodenstabilisierungs GmbH, Geotechnik Heiligenstadt GmbH, SDS Schwingungs Diagnose Service GmbH

Zusammenfassung:

Aus der Vorlaufforschung wurde 2016 mit der Idee begonnen impulsartige Verdichtung mit großer Tiefenwirkung in ein vermarktungsfähiges, flächenhaft arbeitendes System zu implementieren. Somit sollten die Vorteile zweier grundsätzlich unterschiedlicher Verfahrensansätze kombiniert werden. Zum einen eine die hohe Flächenleistung (m²/h) der Vibrationswalzen, zum anderen die hohe Tiefenwirkung der impulsartigen Systeme. Der angestrebte Wirktiefenbereich lag entsprechend der Projektbeschreibung bei 3 ‑ 5 m. Um die Lösung folgend zu vermarkten wurde ein Patent angestrebt.

Projektlaufzeit:

2015 - 2017

Förderprogramm:

BMWi - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (2180220SA4)

Projektpartner:

GEOMATION GmbH

Zusammenfassung:

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Die Aufgabe des FTZ bestand in der technischen Überprüfung der bestehenden Triaxialanlage sowie der Neuentwicklung und dem Entwurf wissenschaftlicher Untersuchungsansätze für die dynamischen Triaxialversuche. Dabei wurden systematisch Anlagenparameter geprüft und die Ergebnisse mit dem Hersteller GEOMATION abgeglichen. Eine systematische Prüfung erfolgte dabei in mehreren Schritten. Zuerst wurde die Prüfung an einem Testdummy (Stahlzylinder oder Gummizylinder) durchgeführt. Diese Herangehensweise führte zu reproduzierbaren Ergebnissen, die eine gute Diskussionsbasis bildeten. Anschließende Untersuchungen mit baupraktischem Hintergrund wurden am vollgesättigten »Karlsruher Sand« sowie an teilgesättigten Schluffböden durchgeführt. Eine besondere Hürde stelle dabei der Sättigungsvorgang dar. Ein Lösungsansatz, der zukünftig verfolgt wird, ist das Durchströmen der Bodenprobe mit CO2 Gas, was eine bessere Löslichkeit in Wasser aufweist als Luft. Eine weitere Aufgabe war die Schaffung einer schnelleren Datenerfassung für eine zielgerichtete dynamische Triaxialuntersuchung. Mit der Umrüstung der Anlage ist aktuell eine Messwerterfassung der axialen Auflast oder der Setzung von bis 1000 Messwerten pro Sekunde möglich.

Projektlaufzeit:

2013 - 2017

Förderprogramm:

BMBF - Forschungs an Fachhochschulen

Projektpartner:

Zusammenfassung:

Innerhalb des 4-jährigen Vorhabens werden seit dem Sommer 2013 durch die Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik Untersuchungen zur Weiter- und Neuentwicklung von vertikalen Lastabtragungselementen wie Bodenmischsäulen durchgeführt. Sie sollen als Gruppe von Einzelsäulen nach dem Verfestigen der Tragfähigkeitserhöhung des Baugrundes dienen und damit für eine dauerhafte Stabilität sorgen und Setzungen infolge ständiger und veränderlicher Lasten verringern. Die erste Phase des FuE-Projektes bilden zwei Forschungsschwerpunkte der Hauptbearbeiter Friedemann Sandig mit der geometrischen Lagemodellierung von Einzelstrukturen in Bodenmischmaterialien und Holger Pankrath mit Untersuchungen zu Aspekten der Tragfähigkeitsbewertung von Säulen durch analytische und numerische Verfahren. In den weiteren Projektphasen werden die bisherigen Ergebnisse zusammengeführt und für Parameterstudien in Klein- und Detailversuchen weiterentwickelt. Neben Versagensmechanismen unter quasistatischen Belastungen sollen auch Besonderheiten u.a. zu Bodensteifigkeiten unter kleinen Dehnungen im Rahmen dynamischer Triaxialversuche bewertet werden.

Über erweiterte numerische Modellierungs- und Bemessungsschritte bis zur iterativen Entwicklung von Säulenvarianten und Versagensstudien im Freiversuch sollen neben Säulenmaterialien auf Basis unterschiedlicher Bestandsböden auch maschinenbauliche und verfahrenstechnologische Konzepte der Herstellung und Qualitätsprüfung entworfen und in direkter Anbindung an die Forschungsphase durch den Projektpartner weiterentwickelt und in die Praxis überführt werden.

Projektlaufzeit:

2012 - 2015

Förderprogramm:

Projektpartner:

BOMAG GmbH, STRABAG AG Direktion Sachsen, Bereich Nordsachsen, Planschwitzer Naturstein GmbH, Technische Universität Wien,Universität Siegen

Zusammenfassung:

Die Aufgabenstellungdes Forschungsprojektes ECOmpact war der erfolgreiche Entwurf eines Verdichtungswerkzeuges inklusive Ausführungsprinzip zur schnellen, wirksamen und somit bestmöglichen Verdichtung des bisher ungenügend bearbeitbaren Tiefenbereiches von 2–5 m. Damit einher ging die Entwicklung eines maschinenbautechnischen Vorgabenkataloges für die Umsetzung eines energieeffizienten Verdichtungsgerätes. Das neue Verdichtungsprinzip sollte auf der Anpassung der Art des Energieeintrages in den Boden (z.B. statisch, dynamisch, Impuls, Sprung) mit Entwicklung einer geeigneten Verdichtungsgeometrie. Aufbauend auf der Analyse bisheriger Verdichtungssysteme wurde ein Gerät mit einer Wirkmethodik zwischen flächiger Verdichtung von der Oberfläche und punktueller Verdichtung ggf. über die Tiefe erwartet. Im Erfolgsfall würde es zu erheblichen Energie- und Ressourcenschonungen u.a. durch Nutzung des vorhandenen Bodenaufbaus kommen.

Projektlaufzeit:

2010 - 2015

Förderprogramm:

Europäischer Sozialfond (ESF)

Projektpartner:

Zusammenfassung:

Das zum Teil vom Europäischen Sozialfonds geförderte Forschungsprojekt befasste sich mit alternativen und modifizierten Materialien für die Errichtung von temporären, dauerhaften und kostengünstigen Lärmschutzkonstruktionen. Die Arbeiten konzentrieren sich dabei auf die potentielle Eignung und Nutzung des nachwachsenden, jährlich anfallenden und biologisch abbaubaren Wertstoffs Stroh, in Form von hochverdichteten quaderförmigen Strohballen. In Kooperation mit einem Agrarunternehmen wurde Ende 2008 in Aschersleben/Sachsen-Anhalt eine erste Modellwand zu Forschungszwecken errichtet. Forschungsinhalt war die Optimierung des Brandschutzes, der Dauerhaftigkeit, der Schallschutzeigenschaften und der Optik. Die Entwicklungen orientierten sich dabei an den geltenden Anforderungen für die Ausführung von Lärmschutzwänden an Straßen (ZTV-Lsw 06).

Projektlaufzeit:

2011 - 2013

Förderprogramm:

BMWi - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand

Projektpartner:

Brunnenbau Conrad GmbH

Zusammenfassung:

Die Vakuumentwässerung ist eine Form der Wasserhaltung, bei der das Grundwasser in Baugruben mittels Unterdruck abgesenkt wird. Sie kommt zum Einsatz, wenn der anstehende Baugrund nicht mehr allein durch Schwerkraft entwässert werden kann, was bei Böden mit geringer Durchlässigkeit immer der Fall ist. Der zusätzlich wirkende Unterdruck führt grundlegend zu einer schnelleren Trockenlegung eines größeren Bodenbereiches und bringt durch die Verfestigung der Erdstoffe mehr Stabilität. Im Zeitraum von 2011 bis Ende 2013 versuchte die G² Gruppe Geotechnik, die Vorteile der Vakuumentwässerung auch im Bereich der Bodenverbesserung zu nutzen. Böden, die durch einen Wassergehalt über dem Optimum nicht ausreichend verdichtet werden können, sollten durch gezielte Wasserreduzierung bessere Trag- und Verformungseigenschaften erlangen. Die Arbeiten wurden durch das BMWi gefördert.