Erschütterungsreduktion durch aufgeschäumte Isolierkörper im Boden

Sadegh-Azar, Parviz Rainer; Ziegler, Martin

doi:28700

Erschütterungsreduktion durch aufgeschäumte Isolierkörper im Boden = Vibration reduction through foamed isolation bodies in soil

Sadegh-Azar, Parviz Rainer (Author)

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Parviz Rainer Sadegh-Azar

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

UmfangVI, 182 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Ziegler, Martin (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-06-18

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-24724
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50204/files/Sadegh-Azar_Parviz.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen und Institut für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Verkehrswasserbau (314310)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Bodendynamik (Genormte SW) ; Polyurethane (Genormte SW) ; Erschütterung (Genormte SW) ; Impedanz (Genormte SW) ; Erschütterungsmessung (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Erschütterungsreduktion (frei) ; Abaqus (frei) ; numerische Berechnungen (frei) ; PU-Schaum (frei) ; Vibration isolation (frei) ; PU-Foam (frei) ; Soil dynamik (frei) ; vibration (frei) ; soil cracking (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Hauptkriterium für die Auswahl einer Erschütterungsreduktionsmaßnahme bei bestehenden und auch geplanten Erschütterungsquellen ist neben der Abschirmungswirkung die Wirtschaftlichkeit der Maßnahme. Weiterhin ist ein praktikables und einfaches Einbau-verfahren bei unterschiedlichen Randbedingungen von Bedeutung. Die Problematik bei nachträglichen Erschütterungsreduktionsmaßnahmen im Emissions- bzw. Immissionsbereich ist der hohe Investitions- und Ausführungsaufwand. Im Emissionsbereich muss z.B. beim Schienenverkehr der Unterbau der Gleise bzw. Räder und Lager geändert werden, was den vorhandenen Schienenverkehr stark beeinträchtigt. Im Immissionsbereich muss zur Anbringung von elastischen Lagern eine Fuge zwischen Fundament und Boden geschaffen werden, was besonders bei Altbauten sehr kostenaufwendig und bei vielen Gebäuden nachträglich gar nicht mehr möglich ist. Die Herstellung eines Isolierkörpers im Boden stellt hier eine optimale Alternativlösung dar. Damit ein Isolierkörper auch die Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit und die Praktikabilität erfüllt, sollte die Tiefe des Isolierkörpers dabei nicht mehr als ca. t=2-4m betragen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden in einem ersten Schritt die Anforderungen an das Isolierkörpermaterial basierend auf den theoretischen Kenntnissen über Ausbreitung und Reflektion von Erschütterungswellen sowie den Ergebnissen von zwei- und dreidimensionalen FE-Berechnungen ermittelt. Anschließend wurden für geeignete Materialien die weiteren möglichen Einflussparameter wie z.B. Tiefe und Breite des Isolierkörpers und Entfernung zur Erschütterungsquelle untersucht. Mit den erstellten Modellen sind in diesem Zusammenhang eine Vielzahl von FE-Berechnungen durchgeführt und deren Ergebnisse in eine Datenbank zusammengestellt worden. Diese Datenbank enthält u.a. die berechneten Amplitudenreduktionsfaktoren für unterschiedliche Parameter und Randbedingungen. Zur praktischen Anwendung wurde ein Optimierungsprogramm entwickelt, mit dem die verschiedenen Parameter für einen Isolierkörper wie z.B. Tiefe und Entfernung von der Erschütterungsquelle mit Hilfe der Datenbank so festgelegt werden, dass die stärkste Erschütterungsreduktion im problematischen Frequenzbereich erreicht wird. Problematische Frequenzen sind z.B. die Eigenfrequenzen der Decken oder Wände angrenzender Gebäude bzw. die Frequenzbereiche, bei denen sich Amplituden oberhalb der zugelassenen Werte ergeben. Die erstellte Datenbank ermöglicht eine Variation der unterschiedlichen Parameter dahingehend, dass auch mit einer geringen Isolierkörpertiefe eine gute Amplitudenreduktion erreicht wird. Dadurch lässt sich auch in einer frühen Planungsphase bereits eine Schnellbewertung der Erschütterungsbelastung vornehmen, um den optimalen Isolierkörper ohne aufwändige Berechnungen ermitteln zu können. Zur praktischen Einbringung der Isolierkörper im Boden wurde in Zusammenarbeit mit der Firma Uretek ein Verfahren entwickelt, bei dem ein auf PU-Schaum basierendes Material ohne Aushub und in kürzester Zeit in den Boden injiziert werden kann. Hierbei bleibt nicht nur der Immissions- und Emissionsbereich durch die Maßnahme unbeeinträchtigt, sondern praktisch auch der Einbringungsort des Isolierkörpers selbst. Das Verfahren ist mit geringem Aufwand für die Baustelleneinrichtung und die eigentliche Durchführung der Maßnahme verbunden, so dass sich deutliche Kostenvorteile gegenüber herkömmlichen Erschütterungsreduktionsmaßnahmen ergeben.

The vibration isolation is an important part by the planning or reconstruction of buildings and structures nearby vibration sources such as railways or rotating machines. The conventional isolation methods such as spring elements or elastomer mats are normally very expensive and complicated to install. Particularly in many cases such as landmarked buildings, these methods couldn’t be used at all. Using Isolation barriers in the propagation of the wave path is, in such cases, the only way to reduce the vibration in the buildings adjacent to the vibration sources. The efficiency of such barriers is studied by means of theoretical calculations and numerical simulations. In this way the important characteristics and dimensions of these barriers are appointed. Experience has shown that they have a high isolation potential if they compliance the appointed characteristics. The best vibration isolation is achieved by an impedance ratio of IR <0,1 (impedance of the isolation material to the impedance of the soil). By such materials, a minor thickness of these barriers, is sufficient to achieve good vibration reduction factors. Another aim of this research work was to develop an economical and also practical way to positioning such barriers in the soil. This Method is based on injection of a suitable material that satisfies the determined criteria from the numerical calculations for a good isolation. The used Material is a kind of polyurethane foam which can crack the soil and foaming in the cracks. The first preliminary tests of these barriers have showed good results.

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