Mario Galli Workshop Tunnelbauforschung 3030 9 0 3,.9.2013...

Schaumkonditionierungbei EPB-Schilden

Mario Galli

Workshop Tunnelbauforschung30.9.2013, Ruhr-Universität Bochum30 9 0 3, U

0. Projektvorstellung

S d f h b i h 837Sonderforschungsbereich 837Teilprojekt A4

„Untersuchungen zur Ortsbruststabilität beim Vortrieb mit Erddruckschilden“

KooperationsprojektKooperationsprojektLehrstuhl für KontinuumsmechanikProf. Dr.-Ing. Holger Steeb, Aycan Özarmut M.Sc.

Lehrstuhl für Tunnelbau, Leitungsbau und BaubetriebProf. Dr.-Ing. Markus Thewes, Dipl.-Ing. Mario Galli

gefördert von:

Galli: Schaumkonditionierung bei EPB-Schilden. Workshop „Tunnelbauforschung“, 30.9.2013 2

1. Motivation

O t b t tütOrtsbruststützungPrinzip „EPB“ - Theorie

GOK

GWS

Wasserdruck Erddruck Stützdruck


O t b t tüt

1. Motivation

OrtsbruststützungStützdruckverteilung in der Praxis


Thewes, Budach 2010

1. Motivation

O t b t tütOrtsbruststützungAnforderungen an das Stützmedium

- Geeignete Fließfähigkeit

- Gleichmäßige Stützdruckübertragung durchp p

homogene Plastifizierung des Stützmediums

- Reduzierung der Wasserdurchlässigkeit p p

- Erhöhung der Kompressibilität zur Reduzierung vonStützdruckschwankungen

- Verringerung der inneren Reibung

Bei nicht-bindigem Boden werden diese Anforderungen (temporär) durch Schaumkonditionierung erfüllt.

Galli: Schaumkonditionierung bei EPB-Schilden. Workshop „Tunnelbauforschung“, 30.9.2013

g

5

1. Motivation

B t d Fli ß h lt bi lBewertung des Fließverhaltens bislangVersuch zur Bestimmung des Setzmaßes nach DIN EN 12350-2 (Slump Test)

− Literatur: geeignete Verarbeitbarkeit (Konsistenz / Fließverhalten) bei Setzmaßzwischen 10 und 20 cm

− Vorteil: baustellentauglich, einfach und schnell− Nachteil: Indikatorversuch, große Streuungen (+/- 3 cm)

Budach 2012

Frage: Physikalisch exaktere Bestimmung der Fließfähigkeit möglich?


2. Vorgehen und Zielsetzung

Rheologie

Unterscheidung von Fluiden N t ‘ h Fl id

FließverhaltensweisenId l i k Fli ß h lt Newton‘sche Fluide − Idealviskoses Fließverhalten

− Scherverdünnendes Fließverhalten− Scherverdickendes Fließverhalten

Nicht-Newton‘sche Fluide− ohne Fließgrenze

pann

ung

− mit Fließgrenze

Schu

bsp

Fließgrenze τy

Schergeschwindigkeit



Rh l iRheologie

Beispiele für Fließkurvenfunktionen zur Beschreibung des Fließverhaltens Ne ton‘sche Fl ide Newton‘sche Fluide= ∙

Beispiel: Anwendung von Nicht-Newton‘sche Fluide

− ohne Fließgrenzez.B. Ostwald-de Waele

Beispiel: Anwendung von Fließkurvenfunktionen

pann

ung

− mit Fließgrenzex x x x x x x x

∙ =Ostwald-de WaeleSc

hubs

p

z.B. Bingham

z B Herschel Bulkley

= + ∙

x x x x x

x

xz.B. Herschel-Bulkley= + ∙ x




Rh l iRheologie





pann

ung


∙ =BinghamSc

hubs

p

z.B. Bingham


= + ∙

x x x x x

x

x

τHB

z.B. Herschel-Bulkley= + ∙ x




Rh l iRheologie





pann

ung


∙ =Herschel-BulkleySc

hubs

p

z.B. Bingham


= + ∙ τB

x x x x x

x

xz.B. Herschel-Bulkley= + ∙ x




Rh l i h E i t f hi d Sk lRheologische Experimente auf verschiedenen Skalen

Rheometer (plate/plate) Rheometer (mixing cell) Concrete Rheometer Cosma EPB-shield (Reality)

Mikroskala (LS Kontinuumsmechanik) Makroskala

Homogenes Indirekte

1 ml > 500 lProbenvolumen

Genauigkeit / AussagekraftHomogenes Experiment

Indirekte Bewertung

Zielsetzungg− Skalenübertrag der hydromechanischen Materialbeschreibung möglich?

(qualitativ/quantitativ)

Implementierung der Materialbeschreibung in numerische Stützdruckberechnung


− Implementierung der Materialbeschreibung in numerische Stützdruckberechnung

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V h Fli ßfähi k it

3. Aktueller Stand

Versuchsprogramm zur Fließfähigkeit

CM TLB

Rheometer (plate - plate)

Rheometer (Couette cell)

Rheometer (construction

cell)

Slurry viscosimeter

Concrete viscometer

Concrete rheometer

ffoam o o x o o o

hollow glass beads

o x x o x

solit glasssolit glass beads

o x x x x

silt x x x x x x

fine sand x x o o o

model sand x x x x

sand x o x osand x o x o

shaving foam shaving and tunnelling foam tunnelling foam

x: to do o: finished / in progress


3. Aktueller Stand

V h b i Fli ßfähi k itVersuchsergebnisse zur Fließfähigkeit:Drehmoment-Drehgeschwindigkeits-Diagramm von Partikel-Rasierschaum-Gemischen (FIR=100%) ermittelt mit dem Schleibinger Viskomat NT

140

Flowcurve Test - Shaving foam(log ramp profile, 6 min, hysteresis - all mixtures 50V%foam

and 50V% particles)

100

120

140

m]

p )hollow glass particlesolid glass particlefinesand

60

80

00

rque

[Nm

m pure shaving foam

0

20

40Tor

00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Rotational speed [rpm]


Abgleich mit rheologischen Modellfunktionen erforderlich

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3. Aktueller Stand

V h b i Fli ßfähi k it (Mik k l )Versuchsergebnisse zur Fließfähigkeit (Mikroskala):Drehmoment-Drehgeschwindigkeits-Diagramm von Partikel-Rasierschaum-Gemischen (FIR=100%) ermittelt mit dem Anton Paar MCR301

14

Flowcurve Test - Shaving foam(log ramp profile, 6 min, hysteresis - all mixtures 50V% foam and

50V% particles)

10

12

14 p )hollow glass particlesolid glass particlefine sandpure foam

6

8

10

que

[Nm

m]

2

4Torq

00 10 20 30 40

Rotational speed [rpm]


4. Ausblick

Nä h t S h ittNächste Schritte

1. Modellabgleich zwischen Mikroskala und Makroskala für die gezeigten VersucheVersuche

2. Parameterstudie zur Bestimmung verschiedener Einflussfaktoren (Wassergehalt w, Schaumgehalt FIR, Kornverteilung)( g g g)

3. Korrelationsuntersuchungen mit Setzmaßversuch (Slump Test)

4 Ausgewählte Großversuche mit COSMA: Drehmomentaufnahme bei definierten4. Ausgewählte Großversuche mit COSMA: Drehmomentaufnahme bei definierten Mischprofilen für verschiedene Boden-Schaum-Gemische

5. Ggf. Auswertung von Vortriebsdaten


Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit

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