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Modelling of a generalized thermal conductivity for granular multiphase geomaterial design purposes

  Link zum kostenlosen Volltext   

[Quelle: https://d-nb.info]

Die Wärmeleitfähigkeit des Bodens spielt eine wichtige Rolle bei Geoenergieanwendungen wie erdverlegten Hochspannungskabeln, Öl- und Gaspipelines, oberflächennahen Geoenergiespeichern und Erdwärmepumpen sowie bei der Modellierung der Wärmeübertragung. Insbesondere die Effizienz und Leistung von erdverlegten Hochspannungskabeln wird stark von der Wärmeleitfähigkeit des Bodens beeinflusst, in dem sie verlegt werden. Die meisten Böden haben eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit bei niedrigerer Sättigung (insbesondere im trockenen Zustand) im Vergleich zu einem gesättigten Zustand. Durch die Verringerung der Wärmeleitfähigkeit kommt es zum Ausfall des Kabels, da die Wärme schneller produziert als abgeführt wird. Daher ist es für eine optimale Leistung und einen sicheren Betrieb des Kabels unerlässlich, die Wärmeleitfähigkeit des Bodens im trockenen und niedrigerer Sättigung Zustanden zu verbessern. Andererseits verlieren Energiepfähle, die als Erdwärmetauscher eingesetzt werden, im trockenen Zustand bis zu 40 % ihrer Effizienz im Vergleich zu einem vollständig gesättigten Zustand. Der Effizienzverlust infolge der Entsättigung des Bodens muss durch die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit der Aufschütungsböden, insbesondere im unteren Sättigungsbereich, behoben werden. Da die Wärmeübertragung in körnigen Medien von der Kontaktleitfähigkeit zwischen den Körnern dominiert wird, könnte die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit durch eine Verbesserung der Qualität der Kontakte und eine Erhöhung der Anzahl der Kontakte erreicht werden. In dieser Arbeit untersuchen wir die Auswirkungen von Füllstoffen, Mineralogie und Partikelabstufung auf die Wärmeleitfähigkeit als innovative Verbesserungsmethode. Es wird eine umfangreiche Laborstudie durchgeführt, um Verfüllböden mit einer höheren trockenen Wärmeleitfähigkeit zu entwickeln, indem die Partikelgrößenverteilung in eine Fuller Kurvenabstufung modifiziert und feine Partikel in einem geeigneten Verhältnis als Füllstoffe hinzugefügt werden. Die experimentellen Ergebnisse zeigen deutlich eine signifikante Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit im trockenen Zustand und bei niedrigeren Sättigungsgraden sowie eine beträchtliche Verbesserung im vollständigen Sättigung. Die Wärmeleitfähigkeit der modifizierten Geomaterialien verbessert sich bei voller Sättigung um (20-180)%, während sie im trockenen Zustand um (25-230)% steigt. Ein Künstliches Neuronales Netz (KNN) als neuartiger Ansatz wird vorgeschlagen, um die Wärmeleitfähigkeit von Geomaterialien für den vollständigen Sättigungsbereich voherzusagen, da die bestehenden theoretishcen und semiempirishcen Vorhersagemodelle keine gute Übereinstimmung mit der gemessenen Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Es werden individuelle und generalisierte KNN-Modelle vorgeschlagen. Das Feed-Forward-Netz mit einem Back-Propagation-Algorithmus wird zum Trainieren des Modells gewählt, während eine Kreuzvalidierungstechnik als Abbruchkriterium für die Entwicklung der KNNModelle verwendet wird. Sowohl entwickelte individuelle als auch generalisierte KNNModelle zeigen eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Wärmeleitfähigkeitswerten. Darüber hinaus zeigt das Simulationsergebnis für ein einzelnes Kabel eine deutliche Verbesserung der Wärmeableitung für modifizierte Geomaterialien im Vergleich zu Sand.

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Xiaochen Lin, Anya Vollpracht
Bewertung der Umweltverträglichkeit von Zementsuspensionen
Bauforschung, Band T 3357
2018, 135 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Sinne des Grundsatzpapiers "Grundsätze zur Bewertung der Auswirkung von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" ist die Verträglichkeit eines Baustoffs für Boden und Grundwasser bei der bauaufsichtlichen Zulassung nachzuweisen. Für Zementsuspensionen wurde der inverse Säulenversuch nach Schössner als Prüfverfahren ausgewählt, allerdings werden mit diesem Versuch überproportional große Mengen an Inhaltsstoffen ausgewaschen. Dies wurde bereits in Vorprojekten festgestellt und als Alternative ein Frischbetonstandtest vorgeschlagen. Bisher konnte in den zuständigen Gremien jedoch keine Einigung zur Prüfung von Zementsuspensionen erzielt werden. Daher wurden in diesem Projekt nochmals vergleichende Untersuchungen durchgeführt und die Datenbasis vergrößert, um die Bandbreite der kommerziellen Produkte in Deutschland abzudecken.

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M. Geyer
Karte der geologischen Untergrundklassen für DIN 4149 (neu). Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 2926
2000, 60 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei der Neufassung von DIN 4149 wird der geologische Untergrund zur Beurteilung seismischer Gefährdung in Deutschland mit herangezogen. Das Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau Baden-Württemberg (LGRB) hat hierzu eine Karte der geologischen Untergrundverhältnisse für die erdbebengefährdeten Gebiete der Bundesrepublik Deutschland erstellt. Die Karte weist großflächig drei seismologisch relevante geologische Untergrundklassen aus: Klasse A ("Fels, Festgestein"): Bereiche mit fehlender oder nur geringmächtiger Bedeckung mit Lockersedimenten (meist Quartär) über Festgestein mit Scherwellengeschwindigkeiten größer ca. 100m/s. Klasse B ("flache Sedimentbecken, Übergangszonen"): Bereiche mit bis zu ca. 100 m Lockersedimenten (meist Quartär) über Festgestein oder Bereiche, in denen unter einer geringmächtigen oder fehlenden Bedeckung von quartären Lockersedimenten tertiäre Sedimente bis ca. 500 m Mächtigkeit auftreten, deren gemessene oder geschätzte Scherwellengeschwindigkeiten allmählich auf Werte von bis zu ca. 1800 m/s ansteigen. Klasse C ("tiefe Sedimentbecken"): Bereiche mit mehr als ca. 100 m Lockersedimenten (meist Quartär) über Festgestein oder Bereiche, in denen unter einer geringmächtigen oder fehlenden Bedeckung von quartären Lockersedimenten sehr mächtige tertiäre Sedimente von mehr als ca. 500 m Mächtigkeit auftreten. Der Untergrund bis in Tiefen von ca. 20 m bleibt in allen Fällen als sogenannter "Baugrund" außer Betracht. Flächen mit einer Ausdehnung von weniger als 20 km sind in der Karte nicht dargestellt.

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G. Gudehus, H. Kreuter, R. Lippomann
Untersuchungsmethoden zur Sanierung von Baugebieten durch Hangverdübelung. Schlußbericht
Bauforschung, Band T 2471
1992, 67 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Forschungsvorhaben befaßte sich mit ingenieurgeologischen Problemstellungen, die bei der Sicherung von Kriechhängen durch Verdübelung auftreten. Ziel war es, Untersuchungsmethoden zu entwickeln, die eine sichere und wirtschaftliche Sanierung von Baugebieten durch diese bewährte Hangstabilisierungsmaßnahme ermöglichen. Auf Grundlage der Ergebnisse und Erfahrungen wurden praxisgerechte Richtlinien für ihre Anwendung formuliert. Zur geotechnischen Beurteilung und zur Dimensionierung der Verdübelungsmaßnahme werden Messungen, Feld- und Laborversuche durchgeführt. Es wurde ein Entnahmegerät für die Probennahme in Bohrlöchern entwickelt, das den weichen Probenkern möglichst schonend entnimmt und sicher nach oben bringt. In einem Probenaufbewahrungsgerät wird die empfindliche Probe luftdicht verpackt und unter Druck aufbewahrt, um sie vor den schädlichen Einflüssen von Transport und Lagerung zu schützen. Modifizierte Triaxialversuchstechnik ermöglicht die Bestimmung des Zähigkeitsindex und der Scherfestigkeit auf der Gleitfuge. Die Neigungsmeßsondierung in einem Bohrloch gibt Auskunft über die Hangbewehrung und die Tiefenlage der Bewegungshorizonte. (-y-)

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U. Smoltczyk
Studie für die künftige Gestaltung deutscher Grundbaunormen auf der Grundlage des Partialsicherheitskonzepts des EC7-Entwurfes. Schlußbericht
Bauforschung, Band T 2374
1991, 20 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Untersuchung befaßt sich mit den Notwendigkeiten, die sich bei der Anpassung der bestehenden deutschen Normen auf dem Gebiet des Grundbaus im Hinblick auf die Einführung eines Eurocodes EC7 "Geotechnics, Design" ergeben werden. Ausgangspunkt ist dabei, daß die nationale Normung nach Ende 1990 nicht mehr fortgeschrieben werden soll, wenn der betreffende Normungsgegenstand bereits auf europäischer Ebene verhandelt wird. Nach der Schilderung der mehrjährigen Diskussionen in den entsprechenden Spiegelgremien als auch mit Vertretern des Auslandes im Entwurfsausschuß für den EC7 werden zunächst die allgemeinen Anforderungen dargestellt. Danach werden die in Deutschland vorhandenen geotechnischen Normen, gültig am 1.1.1991, daraufhin überprüft, ob sie für einen Übergangszeitraum auch dann hinnehmbar sind, wenn eine Aktualisierung im Einzelfall nicht mehr möglich ist, wie das insbesondere bei der Grundnorm DIN 1054 der Fall ist. Weiter wird festgestellt, welche Sachverhalte voraussichtlich auch nach Ablauf der Übergangsfrist in der nationalen Normungsorganisation dazu nicht erkennbar sind. (-y-)

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Jianling Ma, U. Smoltczyk
Hangstabilisierung durch Stützscheiben. Ermittlung des erforderlichen Abstandes durch Zentrifugen-Modellversuche. Abschlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1991, 74 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Wenn die Tragfähigkeit und Standsicherheit einer Böschung erhöht oder ein rutschaktiver Hang stabilisiert werden soll, kann dies mit im Böschungskörper eingesetzten Stützscheiben, die z.B. aus Einkornbeton oder vermörteltem Lockergestein bestehen, erreicht werden. Dabei ist bisher die Frage offen, wie die Stabilisierung bei der Planung der Maßnahme durch einen rechnerischen Nachweis konkretisiert werden kann. Daher ging man relativ unsystematisch von Erfahrungswerten aus. Von besonderem Interesse ist dabei der Abstand der Stützscheiben, der bei gegebener Böschungshöhe notwendig ist, um die Böschungsbruchsicherheit auf das gewünschte Niveau zu bringen. Zur Klärung dieser Frage wurden 1989/90 vom Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart an der Großzentrifuge der Universität Bochum 10 Modellversuche mit wechselnder Geometrie ausgeführt. Diese Versuche hatten zum Ziel, eine experimentelle Grundlage für die Bemessung der Stützscheiben in der Erdbaupraxis zu schaffen. (-y-)

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Zeitschriftenartikel

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Rauch, Frank; Hass, Ulrike; Köller-Schöllmann, Bettina; Lindstädt, Ralph
Sanierung mit Hindernissen
Altlasten-Spektrum, 2022

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Feindt, Frank
Erster Technischer Halbjahresbericht 2022 des Arbeitsausschusses "Ufereinfassungen" der Hafentechnischen Gesellschaft e. V. (HTG) und der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT)
Bautechnik, 2022

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Goldbrunner, Johann
Neue Entwicklungen bei der Nutzung der Tiefen Geothermie in Österreich
bbr Leitungsbau, Brunnenbau, Geothermie, 2022

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Müller, Johannes; Brauner, Hans-Jürgen
Das Geologiedatengesetz (GeolDG) und seine (potenzielle) Bedeutung für die Altlastenbearbeitung
Altlasten-Spektrum, 2022

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Käsling, Heiko; Düllmann, Jan; Plinninger, Ralf J.
Bestimmung der Abrasivität von Festgesteinen mit dem LCPC-Versuch. Empfehlung Nr. 24 des Arbeitskreises 3.3 - Versuchstechnik Fels - der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V.
Geotechnik, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022