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Straßenbau mit Bodenwellen

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Beim Bau einer neuen Autobahn verlässt man sich zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit auf punktuelle Probebohrungen. Wie der Untergrund zwischen diesen Stichproben aussieht, muss berechnet werden – ein kostenintensives, zeitaufwändiges Verfahren. Seismische Messmethoden sollen dies in Zukunft ändern.

Wenn für eine geplante Fernstraße oder eine neue Bahntrasse breite Streifen der Landschaft eingeebnet werden, ist die genaue Zusammensetzung des Untergrunds unter den schweren Planierraupen an vielen Stellen nicht bekannt. Angesichts von Baumaßnahmen, die sich über mehrere hundert Kilometer erstrecken können, begnügt man sich mit Probebohrungen, die durchaus 100 Meter auseinander liegen können. Um sich ein vollständiges Bild des Untergrunds zu machen, reicht dies kaum aus, kann sich die Struktur des Erdreiches doch innerhalb weniger Meter grundlegend ändern.

Eine gute Kenntnis über die Konsistenz des Untergrunds – zum Beispiel, wo Felsabschnitte aufhören und Lockersedimenten beginnen – ist beim Bau neuer Infrastruktur aber von großer Wichtigkeit. Nur, wenn man weiß, ob sich der Boden unter Belastung verformen wird oder wie stark er von Grundwasser durchsetzt ist, können Verkehrswege effizient realisiert und die dafür aufzubringenden Kosten realistisch kalkuliert werden.

Auf der Suche nach möglichst genauen Ergebnissen versprechen neben geotechnischen auch seismische Methoden aufschlussreiche Einsichten ins Erdreich. Mit künstlich angeregten Wellen wird der Boden bei diesen Verfahren systematisch durchleuchtet. Elektromechanische Beschleunigungsmesser, so genannte Geophone, registrieren in Bohrlöchern oder an der Oberfläche die reflektierten Wellen aus dem Untergrund und lassen so präzise Rückschlüsse über die Beschaffenheit des Baugrunds zu.


Flexible Messeinheit


„Messungen im Bohrloch oder in den Erdboden gesteckte Geophone sind aber relativ stationär. Will man einen größeren Bereich abdecken, müssen die Geräte immer wieder umgesteckt werden“, erklärt Dr. Steffen Popp vom Helmholtz Zentrum für Umweltforschung in Leipzig. Im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN-Projekts „COMEXTECH“ haben er und seine Kollegen deshalb eine Methode untersucht, die einen mobileren Ansatz dieses Verfahrens erlaubt.

Das Gerät, das dies ermöglicht, ist ein so genannter Landstreamer. Ein Landstreamer ist im Grunde eine Art Schlauch, an dem Geophone montiert sind und der mit einem Kettenfahrzeug über die Erde gezogen wird. „Wir stoppen, regen an, messen und fahren weiter. Wir haben also eine sehr flexible Messeinheit“, beschreibt Steffen Popp die Vorteile dieser Methode.

Der Blick unter die Oberfläche mit Hilfe von seismischen Wellen wird im Rahmen des Projekts mit klassischen Probebohrungen kombiniert, die also nicht ersetzt, sondern vielmehr sinnvoll ergänzt werden sollen. „Bisher ist es so, dass man mehr oder weniger zufällig anhand von Tabellen und Erfahrungswerten die Probenahme durchführt. Durch Seismik bekommen wir bereits vor der eigentlichen Bohrung ein großflächiges Abbild des Untergrunds. Dort, wo es uns dann sinnvoll erscheint, zum Beispiel an Orten, für die wir keine klaren Daten ermitteln können, können wir dann gezielt die geologischen Untersuchungen ansetzen“, sagt Popp.


Unverfälschtes Material


Damit dies so wenig Zeit wie möglich in Anspruch nimmt, kann der Landstreamer direkt an einer Bohrraupe installiert werden. In einem Arbeitsgang lassen sich so seismische Messungen und aufbauend auf diesen Resultaten die Probebohrungen an den ermittelten Punkten durchführen. „Diese Mobilität macht das Verfahren besonders effizient“, betont Steffen Popp, „denn bei der Baugrunduntersuchung ist die Anzahl der Probepunkte ein entscheidender Kostenfaktor.“

Für manche Messungen muss der Baugrund ohnehin unangetastet bleiben. „Immer, wenn man eine Probe aus dem Untergrund nimmt, ist dieser Gesteinsquader in gewissem Sinne gestört, zum Beispiel, da er nicht mehr dem Druck der darüber liegenden Schichten ausgesetzt ist“, erklärt der Leipziger Geologe. Mit seismischen Wellen, die von der Erdoberfläche angeregt werden, erhalten die Forscher hingegen unverfälschte Messergebnisse.

Zum Abschluss des in Kürze auslaufenden Projekts zieht Steffen Popp eine durchweg positive Bilanz. „Mit den geotechnischen Untersuchungen, die wir vorgenommen haben, sind wir sehr zufrieden. Was noch aussteht ist die Verknüpfung unserer Feldmessungen mit den Laboruntersuchungen der Kollegen an der Uni Weimar, die ebenfalls an dem Projekt beteiligt waren. Aber wir sind zuversichtlich, auch dort zu guten Ergebnissen zu gelangen.“ Auch wenn sich die Projektphase ihrem Ende zuneigt, ist die Arbeit damit noch lange nicht beendet. Steffen Popp: „Durch die Vorstellung von COMEXTECH auf Konferenzen und vor Verantwortlichen aus der Wirtschaft gilt es jetzt, unserem Messkonzept den Übergang in die Praxis zu ebnen.“

RD, iserundschmidt 07/2009


Die Projekte des GEOTECHNOLOGIEN-Forschungsschwerpunkts „Innovative Technologien zur Erkundung des Untergrundes“, zu denen auch COMEXTECH zählt, finden Sie hier.

Einige Bilder und Grafiken zum Projekt sind auf den Seiten des Helmholtz Zentrum für Umweltforschung zu finden.

Verweise
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