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HCA 4 PInS
HCA 4 PInS
Development of a method for realistic simulation of pile installation using the HCA model
As part of the "Climate Protection Program 2030," the installed capacity of offshore wind turbines is to be increased to 25 GW by 2030. This will be achieved not only by developing new wind farms but also through the planned market introduction of wind turbines with a capacity of up to 14 MW. The installation of these turbines must comply with strict environmental and nature conservation regulations. The currently common installation method of impact driving can only meet these requirements with the addition of extra technical solutions to reduce the noise of the driving process. A more environmentally friendly alternative installation method is the relatively low-emission vibrating pile installation. However, initial model and field tests have shown that the load-bearing capacity of vibrated piles is lower compared to driven piles. Common design methods using nonlinear spring curves (p-y curves) or the Finite Element Method (FEM) are typically applied without considering the actual installation process.
The goal of this proposal is to develop an appropriate numerical calculation strategy based on the so-called "Zipper method" in combination with a high-cycle accumulation model (HCA model), enabling a realistic simulation of the installation process and subsequent calculation of the (high-)cyclic lateral loads from wind and waves. The simulation of the pile installation will, for the first time, take into account the key installation parameters and provide an accurate representation of the pile-soil interaction. This includes, for example, the representation of the actual installation time and frequency, the number of load cycles, inertia effects, and partial drainage. The developed numerical method will be validated using model and field tests from the literature.
Based on this calculation strategy, analytical approaches will be derived to simplify the consideration of installation effects depending on factors such as the installation method, soil density, and drainage conditions in current "wished-in-place" FEM calculations. The resulting transfer of the findings from this project into practice enables engineers and authorities to account for the influence of pile installation during the preliminary design and dimensioning of monopile foundations.
Furthermore, the numerical tools developed in this project allow for a systematic investigation of pile installation, thereby supporting the development and evaluation of innovative installation methods.
Further information about the DFG project HCA 4 PInS can be found on the website.
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IdGranPack
IdGranPack
Identification of poly-disperse granular fabric for the assessment of the stability of widely graded soils under hydraulic load
The transport of particles in soil will always cause a change in the mechanical properties. This will affect the soil’s capacity to withstand stresses and the reliability of earthworks. In order to assess the soil’s stability, analysing the soil’s fabric and its transition is important. Although there is a long tradition in geotechnics of experimental and analytic investigations into the process of the transport of the soil’s material, there are no criteria for its stability based on analysis of the dominant fabric.
The aim of this research project is the identification of the fabric of widely graded soils in respect of their capacity to withstand transport of soil material. On the basis of an identifica-tion of the soil’s fabric, a general assessment of particle mobility and the soil’s stability is derived. The soil’s fabric is visualised, analysed, and identified through empirical investigation, 3D computed tomography images, and through numerical simulations. In these analyses, the soil is represented by granular packing of spheres.
This granular packing will be experimentally investigated and numerically simulated. To link both methods, a 3d data base of the experimentally produced packing is built. Digital image processing methods determine the relevant characteristic values of the packing. The resulting packings are used to validate and verify the numerical simulation. The main objective is the identification of the fabric and the assessment of the probability of mobility of particles. Based on the results of this assessment the packings are exposed to a specific hydraulic load. The outcome allows an assessment of the stability and global mobility of the mobile particles of packings of widely graded particle sizes.
This research develops methods of identification of the fabric of granular packings and particle transport. Based on this in dependency of the particle size distribution and bulk density a characteristic type of matrix for the fabric can be identified and the probability of mobility can be predicted. As a result, this research will contribute to techniques for assessing the capacity of earthworks to withstand transport of soil material under hydraulic loads. This allows more accurate assessments that minimize uncertainties in earthworks of flood protection.
Publications:
| Jahr | Autoren | Titel |
|---|---|
| 2017 | F. Seblany, U. Homberg, E. Vincens, P. Winkler, K.J. Witt: »Merging criteria for the definition of a local pore and the CSD computation of granular materials« Proceedings of the 25th meeting of the Working Group on Internal Erosion in em-bankment dams and their foundations, 04.-07.09.2017, Deltares (Delft, NL), ISBN: 978-90-827468-1-5, pp.150-159 |
| 2016 | P. Winkler, H. Jentsch, M.R. Salehi Sadaghiani; K.J. Witt: »Numerical Investigation of the particle Skeleton of widely graded soils prone to Suffusion« Proceedings of the 8th International Conference on Scour and Erosion (ISCE-8), 12.-15.09.2016. Oxford, UK, pp. 149-154 |
| 2016 | H. Jentsch; P. Winkler; M.R. Salehi Sadaghiani; K.J. Witt: »Experimental identification of the dominant fabric in widely graded soils« Proceeding of the 8th International Conference on Scour and Eroseion (ISCE-8), 12.-15.06.2016, Oxford, UK,pp. 439-444 |
| 2016 | P. Winkler: »Numerische Untersuchung zur Strukturänderung weitgestufter Böden« 34. Baugrundtagung, Forum für junge Geotechnik-Ingenieure, Beiträge der Spezialsitzung, Bielefeld 2016; Hrsg.: Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V.; S. 97-104 |
| 2016 | H. Jentsch: »Identifikation weitgestufter granularer Packungen« 34. Baugrundtagung, Forum für junge Geotechnik-Ingenieure, Beiträge der Spezialsitzung, Bielefeld 2016, Hrsg.: Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V.; S. 75-82 |
PROJECT DURATION:
4/2017 - 3/2020
DEPARTMENT:
Faculty of civil Engineering, Chair of Teotechnical Engineering, Prof. Dr.-Ing. Karl Josef Witt
Chair of Building Chemestry and Polymer Materials, Prof. Dr.-Ing. Andrea Osburg
FOUNDED BY:
DFG (German Research Foundation)
Suffosionsproblematik im Rheinischen Schluff
Prüfung der Suffosionsproblematik im Rheinischen Schluff
»Experimentelle Untersuchungen zur Suffosion und Kontakterosion«
Im Rheinnischen Tagebaurevier werden großräumige Grundwasserabsenkungen betrieben. Die anstehenden Böden erfahren hierbei veränderte hydraulische Einwirkungen. Bei einer konzentriert starken Durchsickerung, z. B. bei natürlichen und anthropogenen Änderungen der geohydraulischen Einwirkung infolge Anstieg oder Absenkung von Grundwasser, kann ausgehend von Rissen oder an Kontaktflächen zu angrenzenden Böden ein suffosiver Materialtransport stattfinden. Mit den verfügbaren Kriterien, die auf empirischer Grundlage für spezielle Böden formuliert wurden, kann dieses Risiko nicht ausreichend analysiert und beantwortet werden. Hierzu ist eine differenzierte Betrachtung der hydrodynamischen Transportbedingungen unter diesen speziellen Randbedingungen und den anstehenden Böden in Form einer Analyse, experimentellen Untersuchungen und darauf aufbauend eine quantitative Bewertung der Erosionsempfindlichkeit durchzuführen.
Projektdauer: 2014-2015
Projektpartner: RWE Power AG / Gebirgs- und Bodenmechanik
GeoMeWa
GEOMEWA
GEOMEWA - FASEROPTISCHES (BOHRLOCH-) MESS- UND WARNSYSTEM VON BEWEGUNGEN IM UNTERGRUND
Rutschungen von Böschungen, aber auch Erdfälle und Geländeabsenkungen verursachen zum Teil immense wirtschaftliche Schäden und stehen im Blickpunkt der Öffentlichkeit. Eine Vermeidung solcher Schadensfälle setzt eine frühzeitige Identifizierung einsetzender Deformationen voraus. Hierzu ist insbesondere eine effiziente Verformungsmessung relevanter Erdbauwerke (Monitoring) erforderlich.
Im Rahmen dieses vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten ZIM-Kooperationsprojekts wird durch interdisziplinäre Zusammenarbeit von acht Projektpartnern aus Forschung und Wirtschaft ein einfaches, sicheres, feldtaugliches, langlebiges und wirtschaftliches Monitoringverfahren zur Identifikation von Bewegungen im Untergrund entwickelt, bei dem faseroptische Messtechnik zum Einsatz kommt, welche speziell auf die standortspezifischen Randbedingungen für den Einsatz in der Geotechnik angepasst ist.
VERÖFFENTLICHUNGEN:
| Jahr | Autoren | Titel | |
2015 | Habel W.R.; Hofmann D.; Basedau F.; Krebber K.; Jentsch H.; Senze A.: »Online-detection of Slipping Soil Areas by Embedded Fiber-Optik Sensing Rods« Third Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilation of Civil Structures (SMAR 2015), 07.-09.09.2015, Antalya, Turkey | |
2014 | Habel W.R.; Hofmann D.; Döring H.; Jentsch H.; Senze A. & Kowalle G.: »Detection of a Slipping Soil Area in an Open Coal Pit by Embedded Fibre-optic Sensing rods« Proceedings of the 5th International Forum on Opto-electronic Sensor-based Monitoring in Geo-engineering (5th OSMG-2014), 12.-14.10.2014, Nanjing, China | |
2013 | Jentsch, H. et al: »Detection of slipping soil areas with embedded tiny vertical sensing rods« Proceedings of the 6th International Conference on Structure Health Monitoring of Intelligent Infrastructure (SHMII-6), 09.-11.12. 2013, Hong Kong, China, The Hong Kong Polytechnic University, Book of Abstracts, p. 289, CD-ROM ISBN 978-962-367-768-4. SS03-03 | |
2011 | Senze, A et.al. 2011, »Online Überwachung von Bodenbewegungen«,. Proc. of the 21st International Scientific Conference Mittweida /Germany. Univ. of Applied Science. Mittweida/G. |
PROJEKTDAUER: 2011-2014
PROJEKTPARTNER:
Hydraulic induced failure at the bottom of an excavation (Wudtke)
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden folgende Themen bearbeitet:
- hydraulisch bedingte Versagensformen in der Sohle von Baugruben
- Spannungszustände und Grenzbedingungen an einer Baugrubenwand in bindigem Boden
- Visualisierung des durch Strömung verursachten Bruchverhaltens in bindigen Böden
- Analyse der Rissinitiation und Einfluss der Auflagereaktion beim Hydraulischen Grundbruch
- Versuchsentwicklung - Untersuchung der hydraulischen Rissbildung im bindigen Boden
- Zugfestigkeit bindiger Böden
- Untersuchung der hydraulisch bedingten Rissinitiation in bindigem Boden - hydraulische Zugfestigkeit
- Vergleich der Grenzzustände Scherbruch und Rissversagen an Baugrubenwänden im bindigem Baugrund
Projektdauer: 2006 - 2010
Kontakt: Dr.-Ing. R.-B. Wudtke
Structural change of soils under hydrodynamic and transient loading (Semar)
Studie 1 - 2007: Im Rahmen dieses Forschungsprojektes waren die bekannten geometrischen und hydraulischen Kriterien zur Beurteilung der Stabilität gegen innere Erosion bzw. potentielle Materialtransportprobleme an den Rheinseitendämmen zu bewerten (unter anderem bei einem landseitigen Einstau bzw. Polderbetrieb).
Studie 2 2008: In dieser Studienphase war aufgrund der Unzuver¬lässig¬keit der verfügbaren Suffosions- und Erosionskriterien ein Versuchsstand zu entwickeln. Unterschiedliche Versuche an Modellböden wurden exemplarisch durchgeführt. Dazu wurden Parameteranalysen an Modellböden zur Untersuchung unterschiedlicher Einflussfaktoren der Kontakterosion und zur Optimierung des Versuchsstandes ausgearbeitet.
Studie 3 2009: In dieser Studie wurden eine umfassende Parameterstudie, Suspensions-versuche, Suffossions¬versuche, Kontaktersosionsversuche mit vertikaler Durchströmung und Kolmations¬versuche an Originalböden durchgeführt.
Studie 4 - 2010: Hier wurden zwei Versuchsarten zur Überprüfung der Suffosionsstabilität der nicht bindigen Materialien und die Stabilität des Kernmaterials gegen Kontakterosion bei paralleler Durchströmung getestet. Die insgesamt gewonnenen Erkenntnisse der experimentellen Untersuchungen müssen noch abschließend in Hinblick auf die tatsächlichen Erosionsrisiken qualitativ an den Rheinseitendämmen bewertet werden. In einem Abschlussbericht zur Bedeutung der Laborergebnisse und der geostatistischen Auswertung für die Erosionsgefährdung wurden die Ergebnisse zusammengefasst.
Studie 5 - 2011: In dieser Projektphase wurden die Versuche weiter entwickelt und an Originalboden getestet. Die Suffosionsversuche an entmischtem Boden und langzeitige Kontakterosionsversuche an Kernmaterialien wurden durchgeführt. Die Suffosionsversuche wurden aufgrund vorliegender Entmischungen an dem schichtweisen entmischten Stützkörper-material gefahren. Aufgrund der Tatsache, dass die Erodibilität des Kernmaterials ein zeitabhängiger Prozess ist, insbesondere dann, wenn in der Schichtgrenze die Feinteile an unbelasteten Flächen quellen und sich als Aggregate lösen können, in den langzeitigen Kontakterosionsversuchen wurde eine schichtparallele Durchströmung abgebildet, wobei aber längere Durchströmungs- und Stillstandzeiten als bei den bisherigen Versuchen appliziert wurden.
Studie 6 - 2012: In der aktuellen Projektphase sollten die Risikofaktoren zur Initialisierung des suffosiven Materialtransports und ihre Rangordnung benannt werden. Eine Empfehlung zur Bewertung der Suffosionsstabilität für den vorhandenen Boden an den Rheinseitendämmen soll bearbeitet werden.
Kontakt: M. Sc. M. R. Salehi Sadaghiani
GeoMeWa
Behandlungsbedürftiges Niederschlagswasser stammt überwiegend von Verkehrsflächen, die nach Angaben des Stat. Bundesamtes annähernd 50% der versiegelten Flächen in Deutschland ausmachen. Daher steht die Behandlung von Niederschlagswasser von Verkehrsflächen im Fokus des Projektes. Gegenstand des Kooperationsprojektes ist die Entwicklung einer dezentralen und kostengünstigen Niederschlagswasserbehandlungsanlage mit Rückhaltefunktion von Schadstoffen mittels neuem Filtermaterial. Entsprechend der Zusammensetzung einer solchen Anlage werden die Entwicklungsaufgaben im Rahmen eines Kooperationsprojektes wie folgt aufgeteilt: 1. Filtermaterial und Filtervorrichtung – Teilprojekt der Firma PVP Triptis GmbH 2. Filtergehäuse - Betonkörper zur Aufnahme der Filtervorrichtung und Vorreinigung sowie des Zu- und Ablaufs – ganzheitliche Anlage im Sinne der Bauartzulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) – Teilprojekt der Firma Lauterbach-Kießling GmbH 3. Umweltgeotechnische Untersuchungen zum Verhalten von gummielastischen Filtermaterialien zur Reinigung von Niederschlagswässern durch die Bauhaus-Universität Weimar
Geochemical investigations of ground and seepage water of tailing facilities considering its vulnerability by extreme precipitation events (Semar)
- Untersuchung der Korrelation zwischen kritischer Durchsickerung und chemisch-physikalischen Stressindikatoren
- Prototypische Entwicklung und Erprobung eines neuen Messsystems zur Bestimmung der klimatisch induzierten Veränderungen von chemischen Parametern und der Gesamtmineralisation des Sickerwassers
Load-bearing capacity of large bored piles in United Arab Emirates (Wolff)
- Untersuchung des Last-Setzungsverhaltens axial belasteter Großbohrpfähle unter den standortspezifischen Baugrundbedingungen von Dubai
- Anwendung von Sensoren unterschiedlicher physikalisch Messprinzipen bei Pfahlprobebelastungen
- Entwicklung einer methodischen Vorgehensweise zur wirklichkeitsnahen Simulation des Last-Verformungsverhaltens von Bohrpfählen mit numerischer Verfahren
Structural change of soils under hydrodynamic and transient loading (Semar)
- Simulation von Transportvorgängen bzw. Umlagerung von Partikeln mit der Perkolationstheorie
- Porenstrukturanalyse an Partikelpackungen und MicroCT-Aufnahmen
- Entwicklung eines Versuchstandes zur Beurteilung von Transport und Umlagerung von Bodenpartikeln
- DIN gerechte Ableitung von Grenzbedingungen
Nähere Informationen unter: http://www.suffos.bam.de/de/
Kontakt: M. Sc. Mohamad Reza Salehi Sadaghiani
Structural change of soils under hydrodynamic and transient loading (Semar)
- Erschließung von Lagerstätten geeigneter Baulehme in den VAE im Auftrag für die Abu Dhabi Authority for Culture and Heritage (ADACH) und in Zusammenarbeit mit der JENA-GEOS Ingenieurbüro GmbH
- Charakterisierung der kartierten Baulehme mit dem Ziel, diese für moderne Lehmarchitektur entsprechend den aktuellen Richtlinien des Dachverbandes Lehm e.V. optimal einsetzen zu können
- Entwicklung von angepassten lokaltypischen Rezepturen zur Restaurierung historischer Bausubstanz, nachdem die Lehmzusammensetzung zahlreicher alter Bauwerke in den VAE und im Oman ermittelt wurde
- Die gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend in Kooperation mit ADACH, dem Dachverband Lehm e.V. und lokalen Bildungsbehörden für umfangreiche Weiterbildungsstudien aufbereitet. In einem neu etablierten Lehmbauzentrum in Al Ain sollen arabische Architekten und Bauingenieure geschult werden.
Weitere Informationen unter:
http://www.adach.ae/en/portal/heritage/qasar.alhosnfort.aspx
http://www.dachverband-lehm.de/
Kontakt: Dr. G. U. Aselmeyer