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Verfahren zum Bestimmen der Tragfähigkeit, Schichtlagerung und Schichtdicke.
des Erdbodens Die Tragfähigkeit eines Baugrundes wird meist so bestimmt, daß man
-an einzelnen Stellen des Baugeländes entsprechende Versuche vornimmt und aus den
Ergebnissen Schlüsse auf die mittlere Tragfähigkeit der ganzen zu bebauenden Fläche
zieht.
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Es erscheint, jedoch oft wünschenswert, einen zuverlässigen Wert für
die Tragfähigkeit nicht nur an einzelnen -Stellen, sondern auf einer ganzen Fläche
zu ermitteln, besonders dann, wenn der Verdacht auf Ungleichförmigkeit in der Schichtenlagerung
unter der zu bebauenden Fläche besteht. Es wurde nun gefunden, daß die Tragfähigkeit
des Bodens und, die bei einer bestimmten Frequenz gemessene Wellenlänge sinusförmiger
elastischer Wellen im Boden in Beziehung zueinander stehen, und zwar derart, daß
bei einer und derselben Frequenz der Wellen einer kleinen Wellenlänge eine geringe,
einer großen Wellenlänge eine hohe Tragfähigkeit entspricht. Die Wellenlänge elastischer
sinusförmiger Wellen gleicher Frequenz im Boden ist somit ein Maß für dessen Tragfähigkeit,
und man kann daher die Tragfähigkeit ermitteln, wenn man diese Wellenlänge bestimmt.
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Für die Tragfähigkeit eines Baugrundes ist weiterhin die Kenntnis
der Lagerung und Dicke der Schichten unter ihm von Bedeutung. Bisher wurde bekanntlich
die Schichtenlagerung bis in große Tiefen durch Bestimmung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit
der durch einen Stoß (Sprengung, Fallgewicht im Boden ausgelösten Erschütterung
ermittelt. Eine solche Erschütterung pflanzt sich im Boden mit großer Geschwindigkeit
fort; daher ist die Zeit, die verstreicht zwischen dem Augenblick des Stoßes am
Erregerort und dem Eintreffen der ersten Erschütt8rungswelle am Beobachtungsort
nach Reflexion oder Brechung an einer in geringer Tiefe unter dem Erregerort liegenden
Schichtgrenze, außerordentlich klein. Darum ist die Bestimmung der Lagerung und
Mächtigkeit gerade der allerobersten Schichten im Boden nach den bekannten Verfahren
meist nur angenähert möglich. Eine wesentlich genauere Bestimmung gelingt, wenn
man statt der schnellaufenden Wellen, die durch Stöße erzeugt werden, die viel langsamer
laufenden Wellen einer sinusförmigen Schwingung benützt und die bei ihnen auftretenden
Interferenzerscheinungen beobachtet. Ein weiterer Vorteil bei der Benutzung sinusföriniger
Schwingungen liegt darin, daß sich mit ihrer Hilfe die Tiefenlage einer unter einer
harten Schicht liegenden weichen Schicht ohne weiteres feststellen läßt, was mit
Hilfe der bisher bekannten Verfahren nur schwer möglich ist. Ferner kann man durch
Beobachtung künstlich erzeugter sinusförmiger Schwingungen im Boden bei jeder beliebig
wählbaren Frequenz die Wellenlänge in einzelnen Schichten und damit deren Tragfähigkeit
ermitteln, was mit Hilfe der bisher bekannten Verfahren nicht möglich ist.
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Das Verfahren besteht darin, daß man die von einem Erreger im Boden
erzeugten sinusförmigen elastischen Wellen in verschiedenen Entfernungen vom Erreger
durch Schwingungsmesser
nach Amplitude und 'Phase aufzeichnen läßt.
Die Bauart und Wirkungsweise des Erregers sind beliebig; er muß nur so eingerichtet
sein; daß man Schwingungen he ä , liebiger Frequenz innerhalb eines gewisk;==` Frequenzbereiches
genügend genau einstellgg kann. Zweckmäßig verteilt man dabei die''" Erschütterungsmesser
auf einem Strahl durch den Erregerort. Es. ist belanglos, ob man durch mehrefe Schwingungsmesser
gleichzeitig oder durch einen Schwingungsmesser nacheinander in verschiedenen Entfernungen
beobachtet. Aus dem Abstand zweier Beobachtungsorte mit gleicher Schwingungsphase
ergibt sich die Wellenlänge und damit die Tragfähigkeit. Liegen im Boden nun mehrere,
z. B. zwei Schichten untereinander, in denen die Wellenlängen der elastischen Wellen
verschieden groß sind, so treffen an einem Beobachtungsort in bekannter Entfernung
vom Erreger sowohl Wellen aus der Oberflächenschicht als auch solche aus der Barunterliegenden
Schicht ein. Sie überlagern sich dort derart, daß sich ihre Amplituden je nach ihrer
Phasendifferenz nach den bekannten Gesetzen für die Interferenz zweier Wellen verstärken
oder schwächen. Auf einem Strahl durch den Erreger wird man in diesem Falle in verschiedenen
Entfernungen von diesem also abwechselnd Amplitudenmaxima und -Minima beobachten.
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Abb. i zeigt schematisch den Aufbau von Erreger und Schwingungsmessern,
den Weg der Einzelwellen vom Erreger zu den Beobachtungsorten und die Änderung der
Amplituden mit der Entfernung für den Fall zweier Schichten im Boden.
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E ist der Erreger, S1 bis S" bedeuten die Stellungen der Schwingungsmesser.
Die Pfeile geben die Wege der Einzelwellen vom Erreger zu den Schwingungsmessern
an. Über den Schwingungsmessern sind die an den einzelnen Beobachtungsorten gemessenen
Amplituden in beliebigem Maßstab aufgetragen. IM, M2, 11I3 ... seien
die einzelnen durch Messung gefundenen Amplitudenmaxima.
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Es wurde gefunden, daß die Schichtgrenzen in der Tiefe horizontal
verlaufen, wenn die Messung auf strahlenförmig vom Erregerzentrum ausgehenden Linien
zeigt, daß zusammengehörige Maxima und Minima auf konzentrischen Kreisen liegen.
Liegen sie auf Ellipsen, so handelt es sich um einfallende Schichten. Die eine Hauptsache
gibt dann die Richtung des stärksten Einfallens an (Abb. a). Die ausgezogenen Linien
um den Erreger E geben die tatsächliche Lage der Amplitudenmaxima j111, M2, NI,
an; die punktierten Kreise die Lage der gleichen Maxima bei waagerecht liegenden
Schichten.
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ie Ermittlung der Schichtdicke ergibt sich .t)enso wie die Wellenlänge
in den einzelnen chichten auf Grund der bekannten Interferenzgesetze aus der Lage
der Maxima und Minima zum Erregerzentrum.
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Da in homogenem Boden in größerer Entfernung vom Erreger die Wellenfronten
senkrecht auf der Oberfläche stehende Ebenen sind, die Schwingungsphase auf einer
Wellenfront aber überall gleich ist, sind in einem solchen Boden die mittels eines
in verschiedenen Tiefen in einem Böhrloch aufgestellten Schwingungsmessers gemessenen
Phasen in allen Tiefen gleich groß. Stellt man dagegen Phasenunterschiede in verschiedenen
Tiefen fest, so bedeutet das, daß zwischen Erreger und Bohrloch in größerer Tiefe
eine in sich zusammenhängende Schicht liegt. Man kann so entscheiden, ob ein im
Bohrloch angetroffener Schichtwechsel nur eine lokale Störung oder eine zusammenhängende
Schicht darstellt, d. h. man kann durch Versenken des Schwingungsmessers in ein
Bohrloch Aufschlüsse über die seitliche Ausdehnung einer in diesem Bohrloch angetroffenen
Schicht gewinnen.
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Dasselbe läßt sich erreichen, wenn man nicht nur den Schwingungsmesser,
sondern auch den Erreger in Bohrungen oder Schürfgruben versenkt. Bei dieser Art
der Aufstellung lassen sich außerdem auch tiefere Schichten, die von der Oberfläche
aus von den erregten Wellen nicht erreicht werden können, auf die oben beschriebene
Weise untersuchen.