Durchströmungsversuche und Korngrößenanalyse. Vorbereitung, Durchführung und Diskussion

Inhalt

1. Einleitung

2. Versuchsaufbau, Geräte und Versuchsdurchführung
2.1 – Korngrößenanalyse
2.2 – Durchströmungsversuch bei instationären Strömungsverhältnissen
2.3 – Durchströmungsversuch bei stationären Strömungsverhältnissen

3. Ergebnisse
3.1 – Korngrößenanalyse
3.2 - Durchströmungsversuch bei instationären Strömungsverhältnissen
3.3 - Durchströmungsversuch bei stationären Strömungsverhältnissen

4. Diskussion
4.1 – Korngrößenanalyse
4.2 - Durchströmungsversuch bei instationären Strömungsverhältnissen
4.3 - Durchströmungsversuch bei stationären Strömungsverhältnissen

5. Abbildungsverzeichnis

6. Tabellenverzeichnis

1. Einleitung

Die Korngrößenanalyse ist eine in vielen Bereichen alltägliche Prozedur, mit dessen Hilfe diverse Faktoren einer Bodenprobe bestimmt und veranschaulicht werden. Dabei wird die Probe in ihre einzelnen Korngrößen fraktioniert, welche als Teil der Gesamtprobe betrachtet werden und ein genaues Bild von der Fein- bis zur Grobfraktion ermöglichen. Dies wird in der Körnungslinie dargestellt, welche dazu verwendet wird um die Ungleichförmigkeit, die Krümmungszahl, den Durchlässigkeitsbeiwert und andere Parameter zu bestimmen.

Bei den Durchströmungsversuchen wird zwischen stationären und instationären Versuchen unterschieden. Hierbei finden der instationäre Versuch unter veränderlichen Druckhöhen und der stationäre Versuch unter konstanter Druckhöhe statt. Die Anwendung findet dementsprechend bei durchlässigen bis stark durchlässigen bzw. bei schwach durchlässigen Proben statt. In diesem Bericht werden beide Methoden behandelt. Alle Versuche fanden in dem Geotechnischen Labor der TFH Bochum statt.

2. Versuchsaufbau, Geräte und Versuchsdurchführung

2.1 – Korngrößenanalyse

Für die Korngrößenanalyse wurde eine Laborprobe verwendet, welche eine Mischung aus allen Korngrößenfraktionen darstellte. Daher wurde die Probe im ersten Schritt, durch eine Trockensiebung in ihre einzelnen Fraktionen aufgeteilt. Die Probe wird hierfür in eine lückenlose Abfolge aus Sieben mit unterschiedlichen Maschenweiten gegeben. Den unteren Abschluss bildet eine Auffangschale und den oberen Abschluss das Sieb mit der größten Maschenweite. Das gesamte Konstrukt wird in einen Rüttelapparat gesteckt, befestigt und für einige Minuten gerüttelt (siehe Abb. 2.1). Durch die Bewegungen durchwandert die Probe die einzelnen Siebe und trennt sich in die entsprechenden Fraktionen auf. In diesem Falle wurden acht Siebe verwendet, inklusive der Auffangschale ergeben sich somit neun Fraktionen. Aufgrund der Menge der Probe musste der Versuch in zwei Durchgängen durchgeführt werden. Das Anfangsgewicht wurde auf 3117,66 g bestimmt. Mit Hilfe des Kontrastes der Einzelwerte zur Gesamtmenge lässt sich der prozentuale Anteil jeder Fraktion an der Gesamtprobe errechnen. Diese können in ein Korngrößendiagramm eingetragen werden und ergeben eine Körnungslinie. Zusätzlich lässt sich die Ungleichförmigkeit, Krümmungszahl und der Durchlässigkeitsbeiwert ermitteln.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.1: Aufbau der Trockensiebung / Quelle: Eigene Darstellung

2.2 – Durchströmungsversuch bei instationären Strömungsverhältnissen

Der Durchströmungsversuch dient der Ermittlung des Durchlässigkeitsbeiwertes. Hierbei wird ein Teil der Probe in einen Zylinder gefüllt, welcher an der Unterseite mit einem Filteranschluss ausgestattet und wasserdurchlässig ist. Die Oberseite wird mit einem Messzylinder versehen, in welches Wasser bis zu einem beliebigen Punkt gefüllt wird. Dieses Wasser durchströmt anschließend die Probe im Zylinder und tritt an der Unterseite des Filters aus. Der Wasserstand im Messzylinder wird dabei gegen die Zeit gemessen. Mit dem sich verändernden Wasserstand, geht eine Veränderung der Fallhöhe und damit des Drucks einher. Dieser Versuch wurde zweimal durchgeführt. Der Vorteil des Versuchs liegt in einem schnellen und unkomplizierten Aufbau sowie des geringen zeitlichen Aufwands. Ein Einblick in den genauen Aufbau lässt sich der Abb. 2.2 entnehmen. Dieser Versuchsaufbau lässt sich auch insoweit verändern, dass die Durchströmung des Wassers von unten nach oben geschieht. Die Art des Aufbaus ist von der Probe abhängig, da gewisse Fraktionen je nach Aufbau die Filter verstopfen können und somit die Durchlässigkeit beeinflussen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.2: Aufbau des instationären Durchströmungsversuches / Quelle: Eigene Darstellung

2.3 – Durchströmungsversuch bei stationären Strömungsverhältnissen

Dem instationären Durchströmungsversuch liegt der stationäre Versuch entgegen, welcher eine konstante Druckhöhe gewährleistet. Der Aufbau ist dem instationären Versuch sehr ähnlich und unterscheidet sich lediglich in dem konstanten Zustrom an Wasser, aus gleicher Höhe über die Zeit. Dadurch bleibt die Fallhöhe stets gleich und hat keinen Einfluss auf die Durchströmung der Probe. Dennoch ist dieser Versuchsaufbau mit einigen Problemen behaftet, wie bspw. dem Einschluss von Luft innerhalb der Schläuche. Dies war ein Problem bei Versuchsdurchführung, welches sich durch den Versuch zog und dauerhaft die Durchströmung behinderte bzw. keinen realen Wert lieferte. Im Gegensatz zum anderen Versuch wurde hierbei nicht die Höhendifferenz bestimmt, sondern Volumenstrom gegen die Zeit bestimmt. Ein schematischer Aufbau des Versuchs lässt sich der Abb. 2.3 entnehmen; der Aufbau entspricht im Wesentlichen dem tatsächlichen Aufbau. Die konstanten Probleme bei der Versuchsdurchführung dürften als wesentlicher Faktor bei Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwertes mit eingehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.3: Schematischer Aufbau des stationären Durchströmungsversuches / Quelle: Eigene Darstellung

3. Ergebnisse

3.1 – Korngrößenanalyse

Bei der Korngrößenanalyse wurde eine Probe durch die Trockensiebung, in neun Größenfraktionen geteilt und der Massenanteil in Bezug auf das Gesamtgewicht bestimmt und in einem Korngrößenverteilungsdiagramm aufgetragen. Bei der Probe ließ sich zu Beginn an sagen, dass der Hauptteil aus den gröberen Fraktionen besteht. Eine Schlämmanalyse musste aufgrund des fehlenden Feinanteils nicht durchgeführt werden. Die einzelnen Korngrößen wurden aufgewogen und in Relation zur Gesamtmasse gesetzt. Die entsprechenden Werte sind der Tabelle 3.1 zu entnehmen. Bereits hier gilt anzumerken, dass die Gesamtmasse nach dem Siebvorgang höher liegt, als vor dem Sieben. Eigentlich sollte es jedoch anders herum sein, da ein Teil der Probe in den Maschen der Siebe hängen bleibt. Da jedoch die Siebsätze zu Beginn an nicht vollständig sauber waren, dürfte ein Teil einer Fremdprobe in die Gesamtmasse mit eingegangen sein.

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