Beitrag zur geotechnischen Standortidentifizierung mittels der Analyse der Oberflächenwellenfeldern: Fid-Bau Portal

Beitrag zur geotechnischen Standortidentifizierung mittels der Analyse der Oberflächenwellenfeldern

Wuttke, F. / Schanz, T. / Schmidt, H.G.

Die zerstörungsfreie Materialuntersuchung nimmt in der Geotechnik eine zunehmend wichtigere Bedeutung ein. Besonders Felduntersuchungen kommen hierzu in Betracht, da das Problem der möglichst geringen Probenstörung bei der Untersuchung im Labor schwierig zu lösen ist. Mit geotechnischen Felduntersuchungen ist eine sehr komplexe Struktur wie der Baugrund, d.h. die oberflächennahen geologischen Schichtungen, zu erfassen, zu beschreiben und für bautechnische Zwecke zu bewerten. Für die einzelnen Schichten sind Materialparameter für die Bemessung, für Standsicherheits- und Verformungsnachweise und eventuell weiter führende numerische Berechnungen ermittelbar. Diese Kennwerte sollten das tatsächliche Bodenverhalten möglichst realistisch erfassen. Zur Erfüllung dieser Anforderungen steht eine breite Palette von konventionellen Standort- und Bodenuntersuchungen, siehe z.B. die Zusammenstellung in DIN 4020, zur Verfügung. Auf Grund der unterschiedlichen Leistungs- und Aussagefähigkeiten einzelner Methoden ist eine sinnvolle Kombination von Labor- und Feldversuchen zu empfehlen. Geophysikalische Methoden, wie etwa die Oberflächenseismik, werden dabei den so genannten indirekten Verfahren zugeordnet (diese erfordern keine Materialentnahme), die möglichst durch direkte Verfahren zu ergänzen sind. Mit der Anwendung der indirekten Methoden kann ein signifikanter Beitrag zur verlässlichen qualitativen und quantitativen Beschreibung des Baugrunds geleistet werden. Zusammen mit den direkten Aufschlüssen und durchzuführenden Laboruntersuchungen ermöglichen sie eine vollständige Darstellung des jeweiligen Standortes. Der vorliegende Beitrag konzentriert sich auf einen Aspekt der Bodenbeschreibung: Ziel ist eine Aussage zur initialen Schubsteifigkeit G0, d.h. einer Steifigkeit bei sehr kleinen Dehnungsniveaus (wie etwa bei der Vibrationsanalyse, im Erdbebeningenieurwesen oder sehr steifen geotechnischen Konstruktionen), des Baugrunds durch die Analyse der Ausbreitung von seismischen Oberflächenwellenfeldern. Durch diese Vorgehensweise sollen bekannte Nachteile existierender alternativer Verfahren minimiert und eine effektive und dabei ökonomische Erkundungsmethode vorgeschlagen werden. Der vorgeschlagene Ansatz ist in dem Sinne offen, dass auch eventuell vorliegende zusätzliche Feldmessungen, z.B. aus der Geoelektrik oder Bohrungen, direkt in die Analyse integriert werden können. Besondere Aufmerksamkeit widmen wir der Messung und Interpretation so genannter höherer Moden im Rahmen der Wellenfeldanalyse. Dadurch wird eine detaillierte Aussagefähigkeit der vorgeschlagenen Methode erreicht. Ein wesentlicher theoretischer Bestandteil der Vorgehensweise ist die iterative Ermittlung der Materialkennwerte aus den gemessenen Wellenfeldern. Die entsprechenden Optimierungsverfahren aus dem Werkzeugkasten der Angewandten Mathematik werden einführend diskutiert.