Bodenstabilisierung durch Ausschaltung von Grenzflächenerscheinungen

Zusammenfassung

Bodenstabilisierung durch Ausschalten von Grenzflächenerscheinungen. Das Studium der Grenzflächenerscheinungen zwischen zwei oder mehreren Bodenschichten und die Ausschaltung ihrer meist schädlichen Wirkungen hat in der Bodenmechanik bereits bedeutenden Umfang angenommen und zu beachtlichen technischen und wirtschaftlichen Erfolgen geführt.

Es können an der Kontaktzone verschiedener Bodenarten elektrische Potentialdifferenzen (auch Eigenpotentiale genannt) gemessen werden, welche in erster Linie elektroosmotische Bewegungen des Porenwassers erzeugen. In der Boden- aber, wie jüngste Studien beweisen, auch in der Felsmechanik spielen diese Wasserbewegungen eine große Rolle. Der folgende Aufsatz will sich mit den teilweise erst in jüngster Zeit erkannten Möglichkeiten der Ausschaltung der schädlichen Wasserbewegungen befassen. Diese behandelten Fälle umfassen die Wasserbewegungen an der Grenzfläche sowohl von Tonschichten verschiedener Natur als auch von Schichten aus Ton, Schluff und Sand untereinander, ebenso wie jene an der Grenzfläche von gesundem und verwittertem Fels (Mergel und mergeligem Sandstein, Werfener Schiefer).

Die Wasserbewegungen in diesen Böden führen zu teils sehr gefährlichen Rutschungen, denen man bisher nur zum Teil und mit sehr großen Kosten beikommen konnte. Ferner bewirken Wasserbewegungen in den oben beschriebenen Bodenschichten, wenn sie durch einen Tunnel angefahren werden, die bekannten und gefürchteten Schwellerscheinungen.

Wie aus jüngsten Forschungen hervorgeht, sind die stellenweise verheerenden Frostaufbrüche im Straßenbau größtenteils auf eine aufsteigende elektroosmotische Wasserbewegung von der unteren (nicht gefrorenen) zur oberen (gefrorenen) Schicht in schluffigen Böden zurückzuführen. Alle erwähnten Fällen können auf einfache Weise saniert werden, wenn nach Bestimmung des elektrischen Potentialgefälles Kurzschlußleiter zu seiner Ausschaltung eingeführt werden. Die stabilisierende Wirkung tritt nach 2 bis 3 Wochen ein. Es werden Beispiele für Messung, Stabilisierungsmaßnahmen und deren Wirkung besprochen.

Summary

Stabilization of Soil by Elimination of the Phenomena of Limit Planes. Research work concerning the surface phenomena between two or more soil strata has become of growing importance and has resulted in considerable technical and economical issues. A difference of electrical potential at the contact zone between different types of soil (so-called self-potentials) has been proved responsible for the electro-osmotic transport of soil moisture.

This, mostly detrimental, water transport plays an important part not only in soil mechanics but evidently in rock mechanics also. This report deals with a recently realized method of eliminating this water flow.

The cases dealt with cover water movements, (1) at the contact surfaces of clay strata of different characteristics, (2) at the contact between clay, silt and sand strata, and (3) at the contact between surfaces of sound and decomposed rock (for example of marl and sandstone).

Water movement in such soils may sometimes cause very dangerous landslides the control of which has so far been achieved only to a limited extent, and requires complicated and very expensive methods. When intersected during tunnel excavation, these water transports cause the ill-famed swelling phenomena. The equally ill-famed frost heavings also, as proved by recent researches, are due mainly to the electro-osmotic water transport rising from the lower unfrozen to the upper freezing soil stratum in silty soil.

The method of readjustment is simple: after ascertaining carefully the electric potential of the strata in question, one proceeds to insert metal conductors: by thus establishing a short circuit the difference of electric potential between the strata is eliminated and the water movement stops. The stabilizing effect becomes obvious after one or two weeks. Some examples of measurement, stabilizing measures and their effects are reported.

Résumé

Stabilisation de sols par interruption des phénomènes interfaciaux. L’étude des phénomènes interfaciaux entre deux ou plusieurs formations géologiques, et l’élimination de leurs effets nuisibles ont pris une importance croissante en mécanique des sols et ont obtenu des succès économiques et techniques remarquables.

Dans la zone de contact entre des formations différentes, on peut mesurer une différence de potentiel électrique (encore appelée potentiel de polarisation spontanée) qui produit tout d’abord le déplacement de l’eau interstitielle par électro-osmose. Ces déplacements d’eau jouent un grand rôle non seulement en mécanique des sols mais aussi en mécanique des roches comme le prouvent des études récentes. La suite traite des possibilités d’éliminer ces déplacements néfastes de l’eau, en partie connus seulement tout récemment. Les cas traités comprennent les déplacements de l’eau à l’interface de couches d’argile de natures différentes, ou bien de couches d’argile, de limon et de sable, ou encore à l’interface entre roches saines et altérées (marnes et grès marneux, schistes Werféniens).

Les déplacements de l’eau dans ces formations provoquent parfois des éboulements très dangereux, qu’on ne pouvait corriger qu’en partie et avec de grosses dépenses. En outre dans les mêmes formations ils provoquent le phénomène connu et redouté de gonflement.

Il résulte des recherches récentes qu’on peut pour la plupart attribuer les soulèvements des chaussées routières gelées à un déplacement ascendant par électro-osmose entre la couche inférieure (non gelée) et la couche supérieure (gelée). Tous les cas mentionnés peuvent être traités, après détermination de la différence de potentiel électrique, par l’introduction de conducteurs formant court-circuit pour l’éliminer. L’effet stabilisant se manifeste en 2 ou 3 semaines. On donne des exemples des mesures, des moyens de stabilisation, et de leur effet.