AT505438B1 - Verfahren zur bestimmung der radialen ausdehnung und/oder des gehalts an hydraulisch bindenden materialien von dsv-körpern - Google Patents

Description

2 AT 505 438 B1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Sogenannte DSV-Körper werden mittel dem Düsenstrahlverfahren hergestellt, ein bewährtes Verfahren im Spezialtiefbau zur Verfestigung des Untergrundes bei welchem aus einem unterirdisch rotierenden bzw. verschwenden Bohrgestänge mit hohem Druck eine Wasser/Binde-mittel-Suspension in den Untergrund eingebracht wird. Das Bohrgestänge wird dabei ausgehend von einer größten Längserstreckung, insbesondere einer größten Tiefe, der DSV-Säule in Richtung des Bohrlochmundes bewegt, wodurch eine Säule gebildet wird. Systembedingt ist es bei einer derart gebildeten DSV-Säule nur bedingt möglich deren tatsächliche Festigkeit sowie deren Ausdehnung zu ermitteln, da DSV-Säulen bis in Tiefen von 20 Metern und mehr herstellbar sind. Es ist daher vorgesehen zur Qualitätskontrolle wenigstens eine sog. Probesäule nach deren Herstellung bereichsweise auszugraben, um deren Abmessungen zu eruieren. Dies weist jedoch eine Fülle an Nachteilen auf. So ist ein Freilegen einer Probesäule nur bis zu einer Tiefe von etwa vier Metren wirtschaftlich sinnvoll bzw. möglich. Da die Bodenverhältnisse in anderen Tiefen jedoch von den Bodenverhältnissen im unmittelbaren Oberflächenbereich abweichen können, liefert dieses Verfahren nur eingeschränkte Hinweise auf die Ausdehnung und die Festigkeit der DSV-Säule. Zudem ist das Ausgraben einer Probesäule ein sehr zeitraubendes Unterfangen, welches den weiteren Baubetrieb um wenigstes drei bis fünf Tage bremst.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, mit welchem schnell, einfach, genau und kostenschonend Eigenschaften, insbesondere Abmessungen und Qualität des verwendeten Mörtels, von DSV-Körpern ermittelt werden können.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.

Dadurch können schnell, einfach, genau und kostenschonend Eigenschaften, insbesondere Abmessungen und Qualität des verwendeten Mörtels, von DSV-Körpern ermittelt werden. Dadurch kann nicht nur auf das Ausgraben eines Probekörpers, insbesondere einer Probesäule, weitestgehend verzichtet werden, wodurch eine erhebliche Zeitersparnis sowie Kostensenkung auf der Baustelle erreicht werden kann, sondern auch eine wesentlich genauere Aussage über die Qualität, daher die Abmessungen und/oder die Festigkeit, der erstellten DSV-Säule ermittelt werden. Dadurch kann die Sicherheit im Tiefbau wesentlich verbessert werden, dem Statiker wesentlich realistischere Daten bezüglich der Tragfähigkeit der gebildeten DSV-Säulen zur Verfügung stehen als nach den gemäß bisheriger Verfahren ermittelten Probesäulen. Dadurch kann verhindert werden, dass Bauwerke, wie etwa Brücken, Gebäude und/oder Tunnel, aufgrund falsch angenommener Tragfähigkeiten von DSV-Säulen einstürzen, kippen und/oder anderweitige Schäden auftreten.

Die Unteransprüche, welche ebenso wie der Patentanspruch 1 gleichzeitig einen Teil der Beschreibung bilden, betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Einbringen eines Temperatursensors in einen DSV-Körper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 10. Für genaue Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wichtig den Ort der Temperaturmessung möglichst genau zu kennen. Die ist bei den herkömmlichen bekannten Verfahren zur Temperaturmessung in DSV-Körpern nur bedingt gegeben, sodass es zu Fehlern aufgrund fehlerhaft gemessener Temperaturen kommen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren der vorstehend genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, mit welchem schnell, einfach, genau und kostenschonend ein Temperatursensor an einem vorbestimmbaren Ort, insbesondere möglichst exakt in der Mitte, innerhalb eines DSV-Körpers appliziert werden kann. 3 AT 505 438 B1

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 10 erreicht.

Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Ort der gemessenen Temperatur mit dem für die Ermittlung der Temperaturvergleichskurven gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der radialen Ausdehnung und/oder der Festigkeit von DSV-Körpern weitestgehend übereinstimmt, wodurch die Genauigkeit dieses Verfahrens weiter gesteigert werden kann.

Die Erfindung betrifft weiters eine Bohranordnung für Bodenbohrarbeiten, mit einem Bohrgestänge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Bohranordnung der vorstehend genannten Art anzugeben, mit welchem schnell, einfach, genau und kostenschonend ein Temperatursensor an einem vorbestimmbaren Ort, insbesondere möglichst exakt in der Mitte, innerhalb eines DSV-Körpers appliziert werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 11 erreicht.

Dadurch kann ein Temperatursensor schnell, einfach, sicher und exakt im Zentrum eines DSV-Körpers appliziert werden.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens:

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Herstellung eines DSV-Körpers;

Fig. 3 die Anordnung eines Temperatursensors in einem DSV-Körper;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens:

Fig. 5 eine erste Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven über derzeit;

Fig. 6 eine zweite Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven über derZeit;

Fig. 7 die Wärmeleitfähigkeit eines Bodens mit durchschnittlicher Korngröße von 2 mm;

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Bohranordnung für Bodenbohrarbeiten:

Fig. 9 eine Bohranordnung gemäß Fig. 8 mit einer erfindungsgemäße Rammspitze; und Fig. 10 ein DSV-Körper mit einer darin angeordneten Rammspitze.

Die Fig. 1 und 4 zeigen Ablaufdiagramme bevorzugter Ausführungsformen eines Verfahren zur Bestimmung der radialen Ausdehnung und/oder des Gehalts an hydraulisch bindenden Materialien von DSV-Körpern 8, welche durch Einbringen hydraulisch bindender Materialien in einem Bodenbereich 9 gebildet werden, wobei wenigstens eine erste Temperaturmesskurve 14 in einem vorgebbaren Zeitbereich in wenigstens einem ersten Bereich des DSV-Körpers 8 gemessen wird 1, dass die erste Temperaturmesskurve mit wenigstens einem vorgebbaren ersten Teil 2 einer vorgebbaren ersten Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven 3 in einer Vergleichsvorrichtung verglichen wird 4, dass bei Erfüllen eines vorgebbaren ersten Konvergenzkriteriums 5 durch eine der Temperaturvergleichskurven diese als erste Temperaturvergleichskurve ausgewählt wird 6, oder dass die Temperaturvergleichskurve mit der kleinsten Fehlerabweichung zur ersten Temperaturmesskurve als zweite Temperaturvergleichskurve ausgewählt wird 7.

Aus dem Anteil bzw. Gehalt an hydraulisch bindenden Materialien bzw. an hydraulischem Bindemittel in DSV-Körpern 8 kann wenigstens mittelbar auf deren Festigkeit des DSV-Körpers 8 geschlossen werden.

Dadurch können schnell, einfach, genau und kostenschonend Eigenschaften, insbesondere Abmessungen und Qualität des verwendeten Mörtels, von DSV-Körpern 8 ermittelt werden. 4 AT 505 438 B1

Dadurch kann nicht nur auf das Ausgraben eines Probekörpers, insbesondere einer Probesäule, weitestgehend verzichtet werden, wodurch eine erhebliche Zeitersparnis sowie Kostensenkung auf der Baustelle erreicht werden kann, sondern auch eine wesentlich genauere Aussage über die Qualität, daher die Abmessungen und/oder die Festigkeit, der erstellten DSV-Säule bzw. des DSV-Körpers 8 ermittelt werden. Dadurch kann die Sicherheit im Tiefbau wesentlich verbessert werden, dem Statiker wesentlich realistischere Daten bezüglich der Tragfähigkeit der gebildeten DSV-Säulen zur Verfügung stehen als nach den gemäß bisheriger Verfahren ermittelten Probesäulen. Dadurch kann verhindert werden, dass Bauwerke, wie etwa Brücken, Gebäude und/oder Tunnel, aufgrund falsch angenommener Tragfähigkeiten von DSV-Körpern 8 einstürzen, kippen und/oder im Untergrund versinken.

Bei der Herstellung von DSV-Körpern 8 ist bevorzugt vorgesehen, dass die hydraulisch bindenden Materialien wenigstens ein hydraulisches Bindemittel umfassen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das hydraulische Bindemittel Zement umfasst, und der erste vorgebbare Gehalt an hydraulischem Bindemittel ein erster Zementgehalt ist. Es können jedoch auch andere hydraulische Bindemittel vorgesehen sein, etwa Kalk in dessen unterschiedlichen Ausbildungen, sowie Stoffgemenge umfassend Kalk und/oder Zement. Bei der weiteren Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der diesem zugrunde liegenden Thematik werden die Begriffe hydraulisch bindenden Materialien, hydraulisches Bindemittel, zementgebundene Mörtel und/oder Zement alternativ verwendet. Die Beschreibung eines oder mehrerer Verfahrensschritte und/oder technologischer Grundlagen mit Bezug auf Zement stellt bevorzugt keine Einschränkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Zement bzw. zementgebundene Mörtel dar.

Das Düsenstrahlverfahren (DSV) ist ein Bodenverbesserungsverfahren, bei dem die bestehende Bodenstruktur durch einen energiereichen Strahl zerstört und der Boden bzw. der Bodenbereich 9 mit der eingebrachten Suspension (Zement und Wasser) vermischt wird. Durch das gleichzeitige Hochziehen und Rotieren des Bohrgestänges 10 entsteht eine säulenförmige Struktur aus verfestigtem Boden, die im Folgenden als DSV-Körper 8 bezeichnet wird. In den Fig. 2.1, 2.2 und 2.3 werden die unterschiedlichen Schritte zur Bildung eines DSV-Körpers 8 dargestellt. In einem ersten Schritt, wie in Fig. 2.1 dargestellt, wird ein Loch in den zu verfestigenden Bodenbereich 9 gebohrt. Durch eine Düse im Bohrgestänge 10 wird, wie in Fig. 2.2 dargestellt, unter hohem Druck Mörtel in den Boden eingebracht. Dadurch werden die bestehenden Bodenverhältnisse bereichsweise zerstört, und durch den Mörtel neu aufgebaut. Wie am Vergleich der Fig. 2.2 und 2.3 veranschaulicht, wird das Bohrgestänge 10 während des Ausstoßes an Mörtel stetig nach oben gezogen, wodurch eine Säule gebildet wird. £s können auch von der Säulenform abweichende DSV-Körper 8 gebildet werden.

Die Hauptanwendungsgebiete des DSV sind neben der Baugrundverfestigung (z.B. Unterfangungen, Gründungsverstärkungen und Gründungssanierungen) die Herstellung von horizontalen Dichtsohlen, vertikalen Dichtwänden, Dichtwannen und Abdichtungsmaßnahmen im Tunnelbau. Durch diese vielfältigen Anwendungsgebiete und auf Grund der enormen Flexibilität des Verfahrens (Anwendung auf verschiedene Bodenarten, sowie unterschiedliche räumliche Gegebenheiten, etwa bedingt Platzmangel) hat diese Technik des Spezialtiefbaues in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Verfahrensbedingt erfolgt die Herstellung der DSV-Körper 8 im Untergrund des Bodenbereichs 9 ohne visuelle Kontrolle. Eventuelle Abweichungen durch Schwankungen der Einflussparameter können während bzw. unmittelbar nach der Herstellung nicht erkannt werden. Derartige Abweichungen betreffen die Abmessungen und die Zusammensetzung der DSV-Körper 8, die einerseits vom anstehenden Boden und andererseits von Herstellungsparametern wie z.B. Durchflussmenge und Wasser/Zement-Wert der eingebrachten Suspension und Zieh- und Rotationsgeschwindigkeit des Bohrgestänges 10 abhängen. Aus diesem Grund sind Methoden zur Erfassung der Eigenschaften der DSV-Körper 8 (Abmessungen und Qualität des DSV-Mörtels) von erheblicher technischer aber auch wirtschaftlicher Bedeutung. 5 AT 505 438 B1

Um Schadensfälle frühzeitig erkennen/vermeiden zu können, ist eine Qualitätssicherung der hergestellten DSV-Körper 8 in Bezug auf deren Abmessungen und Materialeigenschaften von zentraler Bedeutung. Üblicherweise erfolgt die Bestimmung der erreichbaren Abmessungen mittels Probesäulen, welche nach ihrer Herstellung im oberen Bereich freigegraben werden. Dies ist mit einem Zeitverzug von mindestens 4-5 Tagen auf der Baustelle verbunden und ermöglicht nur eine Beurteilung der Bodenverbesserungsarbeiten in den oberen Bodenschichten (bis ca. max. 4 Meter Tiefe). Neben dem Verzug im Bauablauf erhält man durch Probesäulen nur einen punktuellen Aufschluss über die erreichbaren DSV-Körper-Eigenschaften. Im Fall von DSV-Arbeiten in tieferen Bodenschichten ist die Herstellung von Probesäulen nicht möglich, da ein Freilegen bis in größere Tiefen weder technisch realisierbar noch wirtschaftlich vertretbar wäre.

Die erfindungsgemäße Methode stellt ein neuartiges Verfahren zur Bestimmung des Durchmessers von DSV-Körpern 8 sowie der Materialeigenschaften von DSV-Mörtel dar, wobei eine vor Ort an einem DSV-Körper 8 gemessene erste Temperaturmesskurve 14 mit wenigstens einem vorgebbaren ersten Teil einer vorgebbaren ersten Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven verglichen wird. Es kann dabei vorgesehen sein, dass diese Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven etwa durch eine Vielzahl an Versuchen ermittelt wird.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die vorgebbare Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven rechnerisch ermittelt wird, wodurch - bei hoher Genauigkeit - auf aufwändige Versuche verzichtet werden kann. Es hat sich gezeigt, dass eine Ermittlung der Temperaturvergleichskurven der vorgebbaren ersten Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven aus den exothermen Abbindereaktionen des wenigstens einen hydraulischen Bindemittels zu überraschend exakten Ergebnissen führt. Die gesuchten Parameter des DSV-Körpers 8 werden durch Rückrechnung unter Verwendung der auf der Baustelle gemessenen Temperaturmesskurve 14 bestimmt. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die Temperaturvergleichskurven der vorgebbaren ersten Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven jeweils für eine Kombination eines vorgebbaren ersten Radius des DSV-Körpers 8 und eines vorgebbaren ersten Gehalts an hydraulischem Bindemittel ermittelt werden. Daher werden abhängig vom ersten Radius des DSV-Körpers 8, sowie dessen ersten Gehalt an hydraulischem Bindemittel eine vorgebbare Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven ermittelt, vorzugsweise errechnet, wodurch schnell genaue Simulationsergebnisse zur Verfügung stehen.

Das zugrunde gelegte thermochemische Materialmodell zur Beschreibung des Hydratationsfortschrittes in zementhaltigen Baustoffen wird im Folgenden beschrieben. Die für die Rückrechnung der gesuchten Parameter des DSV-Körpers 8 erforderliche Temperaturmessung auf der Baustelle ist an anderer Stelle näher beschrieben.

Die Hydratation zementgebundener Materialien ist ein exothermer Prozess. Die sich daraus ableitende chemothermische Kopplung führt im Zuge der Hydratation zu einer Erhöhung der Temperatur im DSV-Körper 8. Auf der anderen Seite beeinflusst die Temperatur die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion (thermochemische Kopplung). Die Lösung dieses Two-Way-Coupling Problems wird im Folgenden beschrieben. Der Fortgang der Hydratation wird durch eine skalare Variable m, die Masse des in Hydraten gebundenen Wassers (Hydratmasse), beschrieben. Der Hydratationsgrad ξ stellt das Verhältnis zwischen der aktuellen Hydratmasse und der Hydratmasse bei vollständiger Hydratation, m„, dar: £=m/m~. (1)

Die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion, ξ/dt, wird mit Hilfe eines Arrhenius-Gesetzes beschrieben (thermochemische Kopplung): (2) |=Äexp [-EJRT]. 6 AT 505 438 B1

Die normierte chemische Affinität Ä($ spiegelt die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von den bereits gebildeten Hydraten wieder. Der Exponentialterm berücksichtigt den Einfluss der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit. In Gleichung (2), entspricht Ea der Aktivierungsenergie der Reaktion. Sie beträgt für Portlandzemente 33500 J/mol. R ist die universelle Gaskonstante mit R = 8,315 J/(mol K) und 7" ist die absolute Temperatur in Kelvin.

In Folge der Hydratation wird die Hydratationswärme freigesetzt. Diese chemothermische Kopplung wird in der Feldgleichung zur Beschreibung des thermischen Problems berücksichtigt. Diese Feldgleichung folgt aus dem ersten Hauptsatz der Wärmelehre zu. pcf+l4£=-ä\vq, (3) wobei p [kg/m3] der Dichte und c [kJ/(kg K)] der spezifischen Wärmekapazität entspricht. Ιξ ist die gesamte Wärmemenge, die während der Hydratation freigesetzt wird. Dem Abfluss von Wärme wird durch den Wärmestromvektor q Rechnung getragen, der wiederum mit der Temperatur über das Fouriersche Wärmeleitgesetz verknüpft ist, q = -λ grad T. (4) λ [kJ/(m h K)] ist die Wärmeleitzahl.

Die intrinsische Materialfunktion Ä($ kann anhand verschiedener Experimente, durch Ausnützung der chemomechanischen Kopplung (Druckversuche) oder der chemothermischen Kopplung (adiabatische Versuche), bestimmt werden. Derzeit werden die Funktionen Ä($ für unterschiedliche Bindemittel mittels einem Differentialkalorimeter oder durch ein mehrphasiges Hydrationsmodell ermittelt. Hierbei wird während der Hydratation die Temperatur der Probe (bestehend aus Wasser und Zement) konstant gehalten und die hierfür erforderliche Temperaturabfuhr gemessen. Aus den Gleichungen (2) und (3) ergibt sich somit Ä = - div q exp [Ea/RT] 1\ξ, (3) wobei div q während des Versuchs gemessen wird.

Auf der Basis des thermochemischen Materialmodells kann die Entwicklung des Hydratationsgrades ξ sowie die Temperaturentwicklung in einem DSV-Körper 8 bevorzugt mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente berechnet werden. Durch Vergleich der numerisch erhaltenen Temperaturentwicklung mit einer auf der Baustelle durchgeführten Messung kann sowohl auf den Zementgehalt im DSV-Körper 8 als auch auf dessen Radius geschlossen werden.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ablaufdiagramm einer bevorzugten besonders einfachen Ausbildung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Alternativ zur vorstehend beschriebenen Berechnung der Temperaturvergleichskurven kann auch vorgesehen sein, diese aus einer Vielzahl an Versuchen mit unterschiedlichen Parametern zu ermitteln und in Datenbanken bzw. Datenblättern abzulegen.

Bevorzugt ist allerdings vorgesehen die Temperaturvergleichskurven rechnerisch zu ermitteln, wobei die vorgebbare erste Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven mittels eines iterativen Verfahrens ermittelt bzw. berechnet werden. Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines derartigen besonders bevorzugten iterativen Verfahrens, wobei bei dieser besonders bevorzugten Ausführung noch weitere zusätzliche vorteilhafte Verfahrenschritte vorgesehen sind. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass ein erster Radiusber-eich des DSV-Körpers 8 vorgegeben wird, dass aus dem ersten Radiusbereich eine vorgebbare Anzahl an ersten Teilradien ausgewählt wird, dass ein erster Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel vorgegeben wird, dass aus dem ersten Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel eine vorgebbare Anzahl an ersten Teilbereichen ausgewählt wird, und dass für vorgebbare, insbesondere für sämtliche, 7 AT 505 438 B1

Kombinationen zwischen ersten Teilradien und ersten Teilbereichen die Temperaturvergleichskurven ermittelt werden. Daher wird für die iterative Berechnung ein Bereich für den ersten Radius sowie den ersten Zementgehalt bzw. den ersten Gehalt an hydraulischem Bindemittel vorgegeben.

Beispielsweise: Radius Ri von 10 cm bis 150 cm;

Gehalt an hydraulischem Bindemittel ΖΛ von 100 kg/m3 bis 1000 kg/m3

Die Werte werden dabei bevorzugt so gewählt, dass eine DSV-Säule bzw. ein DSV-Körper 8 innerhalb der entsprechenden Grenzen sein sollte. Daher werden im ersten Schritt bevorzugt ein besonders großer erster Radiusbereich und ein besonders großer erster Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel vorgegeben. Weiters kann vorgesehen sein eine Anzahl an Zwischenschritten anzugeben, beispielsweise derer vier. Die Anzahl an Zwischenschritten kann jedoch auch bereits fix vorgegeben werden. Der erste Radiusbereich und der erste Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel werden dann entsprechend der Anzahl an Zwischenschritten aufgeteilt. Die Art dieser Aufteilung kann durch den Benutzer vorgegeben werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Aufteilung der entsprechenden Bereiche linear oder loga-rithmisch erfolgt. Beispielsweise etwa bei dem vorstehenden Beispiel die folgende Aufteilung vorgesehen sein: erster Radiusbereich R: 10 cm 50 cm 100 cm 150 cm erster Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel Z: 100 kg/m3 300 kg/m3 600 kg/m3 1000 kg/m3

Weiters werden bevorzugt sämtliche möglichen Wertekombinationen aus diesen jeweils vier Parametern gebildet, und mit jeder dieser Wertekombinationen zwischen ersten Teilradien und ersten Teilbereichen die Temperaturvergleichskurven ermittelt.

Es kann vorgesehen sein, die einzelnen ermittelten Temperaturvergleichskurven auf das Erfüllen des ersten Konvergenzkriteriums hin zu überprüfen. Das erste Konvergenzkriterium kann dabei als vorgebbarer Bereich um die erste Temperaturmesskurve festgelegt sein. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste Konvergenzkriterium als vorgebbare Änderung des ersten Radius des DSV-Körpers 8 und des ersten Gehalts an hydraulischem Bindemittel zwischen zwei in aufeinander folgenden Iterationsschritten vorgegeben wird, wie dies im folgenden beschrieben wird.

In vorgebbaren zeitlichen Intervallen bzw. zu vorgebbaren Zeitpunkten, etwa jede fortlaufende Stunde, wird die Differenz jeder gerechneten Temperaturvergleichskurve mit der Temperaturmesskurve 14 verglichen. Für jede Temperaturmesskurve 14 wird dabei bevorzugt der quadratische Fehler ermittelt und aufsummiert. Dabei ist zu beachten, dass bei jedem gerechneten Temperaturverlauf der Vergleich mit der gemessenen Temperaturmesskurve 14 an den selben Zeitpunkten erfolgt. Die ermittelten quadratischen Fehler werden für jede Temperaturvergleichskurve zu einem für diese Temperaturvergleichskurve charakteristischen Fehlerwert aufsummiert. Die Temperaturvergleichskurve mit dem geringsten Fehlerwert wird für einen weiteren Iterationsschritt als zweite Temperaturvergleichskurve ausgewählt, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass ein zweiter Radiusbereich vorgegeben wird, dass der zweite Radiusbereich als vorgebbares Intervall um den der Ermittlung der zweiten Temperaturvergleichskurve zugrunde liegenden zweiten Radius vorgegeben wird, dass aus dem zweiten Radiusbereich eine vorgebbare Anzahl an zweiten Teilradien ausgewählt wird, dass ein zweiter Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel vorgegeben wird, dass der zweite Bereich als vorgebbares Intervall um den der Ermittlung der zweiten Temperaturvergleichskurve zugrunde liegenden 8 AT 505 438 B1 zweiten Gehalt an hydraulischem Bindemittel vorgegeben wird, dass aus dem zweiten Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel eine vorgebbare Anzahl an zweiten Teilbereichen ausgewählt wird, und dass für vorgebbare, insbesondere für sämtliche, Kombinationen zwischen zweiten Teilradien und zweiten Teilbereichen die Temperaturvergleichskurven ermittelt werden. Bevorzugt wird der der zweiten Temperaturvergleichskurve zugeordnete zweite Radius und der zweite Gehalt an hydraulischem Bindemittel um einen vorgebbaren Wert verringert und vergrößert und derart ein zweiten Radiusbereich und ein zweiter Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel vorgegeben. Bevorzugt kann etwa vorgesehen sein, dass der zweite Radiusbereich durch die Grenzen: R bereich 2 unten " R 2.Temperaturvergleichskurve -15% R bereich 2 oben “ R 2.Temperaturvergleichskurve +15/) ausgewählt wird, und dass der zweite Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel durch die Grenzen: Z bereich 2 unten — Z 2.Temperaturvergleichskurve - 15% Z bereich 2 oben — Z 2.Temperaturvergleichskurve + 15% ausgewählt wird. Der neue Wertebereich wird wieder in Zwischenschritte unterteilt, wobei wiederum bevorzugt sämtliche Kombinationen an Werten gebildet werden. Sofern eine Temperaturvergleichskurve dem ersten Konvergenzkriterium genügt, wird diese zusammen mit dem deren Ermittlung zugrunde liegenden ersten Radius des DSV-Körpers 8 und dem ersten Gehalt an hydraulischem Bindemittel ausgegeben. Wie vorstehend bereits dargelegt ist bevorzugt vorgesehen, dass das erste Konvergenzkriterium als vorgebbare Änderung des ersten Radius des DSV-Körpers 8 und des ersten Gehalts an hydraulischem Bindemittel zwischen zwei in aufeinander folgenden Iterationsschritten vorgegeben wird, wie dies auch aus "Fig. 4 hervorgeht. Bei dem in Fig. 4 beschriebenen bevorzugten Verfahren ist beispielsweise vorgesehen, dass das erste Konvergenzkriterium erfüllt ist, wenn die Änderung des ermittelten Radius zwischen zwei nachfolgenden Iterationsschritten geringer als 2,5 cm und die Änderung des ermittelten Gehalts an hydraulischem Bindemittel geringer als 50 Kg/m3 beträgt.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiters bevorzugt vorgesehen, zusätzliche Parameter in deren Auswirkung auf die ermittelten Temperaturvergleichskurve zu berücksichtigen. Als solche Parameter, welche einen direkten und/oder indirekten Einfluss auf den Verlauf der ermittelten Temperaturvergleichskurven haben, haben sich vor allem die folgenden Parameter als von teilweise besonderer Bedeutung herausgestellt: - die thermische Leitfähigkeit des Bodens, - die thermische Leitfähigkeit des DSV-Körpers, - die thermische Speicherkapazität des Bodens, - die thermische Speicherkapazität des DSV-Körpers, - die Rohdichte der in den Bodenbereich eingebrachten hydraulisch bindende Materialien, - die Bodentemperatur, - die Temperatur der in den Bodenbereich eingebrachten hydraulisch bindende Materialien, - Bodenparameter, insbesondere Bodentyp, Lagerungsdichte und/oder Konsistenz, - die Art und der Einfluss weitere chemischer Bindemittel.

Der Einfluss der einzelnen Parameter kann teilweise physikalisch/chemisch hergeleitet werden, muss jedoch ansonsten durch Versuche ermittelt werden. Es hat sich gezeigt durch die Berücksichtigung einzelner, vorzugsweise sämtlicher, der vorgenannten Parameter bei der Ermittlung der Temperaturvergleichskurven die gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Werte für den Radius eines DSV-Körpers 8 und/oder den Gehalt an hydraulischem Bindemittel wesentlich genauer mit den tatsächlichen Werten übereinstimmen als bei allen vorbekannten Verfahren. Die entsprechenden Parameter müssen bei Anwendung des Verfahrens bekannt 9 AT 505 438 B1 sein, und werden etwa mittels Bodenproben, und Messungen der vorgenannten Temperaturen ermittelt. Thermische Leitfähigkeiten und Speicherkapazitäten können mittels Labortest bestimmt und in Datenbanken abgelegt werden, um für das erfindungsgemäße Verfahren zur Verfügung zu stehen. Alle der vorgenannten Parameter, bis auf Speicherkapazität des DSV-Körpers 8, welche stark vom Zementgehalt abhängig ist, und entsprechend bei der Ermittlung ständig mit an diesen angepasst wird, bleiben konstant. Fig. 7 veranschaulicht beispielsweise in einem Diagramm die Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit vom Sättigungsgrad und der Rohdichte der hydraulisch bindenden Materialien. Für die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Genauigkeit der gemessenen Temperaturmesskurve im Inneren des DSV-Körpers 8 von besonderer Bedeutung. Um eine möglichst exakte Temperaturmesskurve zu erhalten wurde daher ein neuartiges Verfahren zum Einbringen eines ersten Temperatursensors 11 in einen DSV-Körper 8 entwickelt. Dabei ist vorgesehen, dass nach Bildung des DSV-Körpers 8 ein Bohrgestänge 10 mit einer Rammspitze 17, in deren Bereich wenigstens ein erster Temperatursensor 11 angeordnet ist, in das Bohrloch eingeführt und im Wesentlichen rotationsfrei in den noch verformbaren DSV-Körper 8 vor dessen Erstarrung geschoben wird, und dass die Rammspitze 17 zusammen mit dem ersten Temperatursensor 11 bei erreichen einer größten Tiefe abgekoppelt wird, und im DSV-Körper 8 verbleibt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei welchen ein erster Temperatursensor 11 mittels eines Stabes, welcher nur eine ungenügende Steifigkeit aufweist, an Undefinierter Stelle manuell in den noch verformbaren DSV-Körper 8 eingebracht wird, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der erste Temperatursensor 11 mittels des steifen und gut geführten Bohrgestänges 10 ins Zentrum des DSV-Körpers 8 eingeführt, wodurch eine besonders hohe Übereinstimmung zwischen dem tatsächlichen Ort der Aufnahme der Temperaturmesskurve 14 und dem bei der Ermittlung der Temperaturvergleichskurven angenommenen Ort der Aufnahme der Temperaturmesskurve besteht. Besonders bevorzugt ist weiters vorgesehen, dass der wenigstens ein erste Temperatursensor 11 im Inneren des Bohrgestänges 10 in bzw. an einem Rohr 19, insbesondere einem Metallrohr, geführt ist, und dass die elektrischen Zuleitungen zu dem ersten Temperatursensor 11 im Inneren des Metallrohres geführt sind. Nach Anordnung des ersten Temperatursensors 11 und Abtrennung der Rammspitze 17 wird das Bohrgestänge 10 aus dem DSV-Körper 8 gezogen und die Rammspitze 17 verbleibt zusammen mit dem ersten Temperatursensor 11 und dem Rohr 19 in dem DSV-Körper 8, wie dies etwa in Fig. 10 dargestellt ist. An dem ersten Temperatursensor 11 können in vorgebbaren Abständen weitere Temperatursensoren angeordnet sein, sodass für unterschiedliche Abschnitte des DSV-Körpers 8 jeweils das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der radialen Ausdehnung und/oder der Festigkeit von DSV-Körpern 8 angewendet werden kann, wodurch die Genauigkeit der Ergebnisse und die Sicherheit im Tiefbau weiter gesteigert werden kann.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung mit fertigem DSV-Körper 8 und einem ersten Temperatursensor 11 in Inneren des DSV-Körpers 8. Weiters scheint ein zweiter Temperatursensor 12 außerhalb des Erdbodens auf, um die Umgebungstemperatur aufzunehmen. Die Aufzeichnung der Messdaten kann entweder händisch oder automatisch mittels Datenlogger 13 erfolgen, wie in Fig. 3 dargestellt. Bei der automatischen Aufzeichnung wird der Ablesezeitraum definiert und das Intervall zwischen den Aufzeichnungszeitpunkten festgelegt. Eine zusätzliche Anzeige am Display des Datenloggers 13 ermöglicht eine kontinuierliche Beobachtung der Temperaturentwicklung während der Hydration des DSV-Körpers 8. Die Verwendung von Datenlogger 13 ermöglicht einen äußerst einfachen Transfer der Temperaturmessdaten von den DSV-Körpern 8 zu einem PC. In weiterer Folge können die Messdaten in verschiedene Datenformate (z.B. ASCII) umgewandelt werden. Die Bearbeitung ist dadurch sehr einfach und auch auf der Baustelle selbst durchzuführen.

Die Temperatur wird während des Abbindevorgangs kontinuierlich gemessen, und derart die Temperaturmesskurve 14 bestimmt. Die Fig. 5 und 6 zeigen Temperaturmesskurven 14. Deutlich erkennbar ist, dass der Maximalwert der gemessenen Temperatur und der Zeitpunkt, wann diese Temperatur im Zentrum des DSV-Körpers 8 erreicht wird, stark mit dem Radius des

Claims (12)

10 AT 505 438 B1 DSV-Körpers 8 und dem Gehalt an hydraulischem Bindemittel in der eingebrachten Suspension bzw. dem eingebrachten Mörtel variieren, wobei sich der in Fig. 5 angegeben Zementgehalt auf den Gehalt an hydraulischem Bindemittel bezieht, und der in Fig. 6 angeführte Säulendurchmesser äquivalent zum Radius des DSV-Körpers 8 ist. Aus diesen Messungen ist wiederum ein Zusammenhang zwischen Radius des DSV-Körpers 8 und gemessenen Temperaturmesskurven 14 erkennbar. Bei Messungen an den kleineren DSV-Körpern 8 bzw. DSV-Säulen tritt die maximale Temperatur im Vergleich zu größeren DSV-Körpern 8 zeitlich früher ein. Zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einbringen eines ersten Temperatursensors 11 in einen DSV-Körper 8 wurde weiters eine neuartige Bohranordnung 15 für Bodenbohrarbeiten, mit einem Bohrgestänge 10, wobei an dem - in Gebrauchslage betrachtet - unteren Ende des Bohrgestänges 10 eine im Wesentlichen unbewegliche Rammspitze 17 angeordnet ist, und dass im Bereich der Rammspitze 17 wenigstens ein erster Temperatursensor 11 angeordnet ist. Eine derartige Bohranordnung ist etwa in den Fig. 8 und 9 dargestellt, wobei in Fig. 9 gut die abkoppelbare Rammspitze 17 zu erkennen ist, welche als - in Gebrauchslage betrachtet - nach unten weisen angeordnete stumpfwinkelige Flachmetallanordnung 18 ausgebildet ist. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Bestimmung der radialen Ausdehnung und/oder des Gehalts an hydraulisch bindenden Materialien von DSV-Körpern (8), welche durch Einbringen hydraulisch bindender Materialien in einem Bodenbereich (9) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste Temperaturmesskurve (14) in einem vorgebbaren Zeitbereich in wenigstens einem ersten Bereich des DSV-Körpers (8) gemessen wird (1), dass die erste Temperaturmesskurve mit wenigstens einem vorgebbaren ersten Teil (2) einer vorgebbaren ersten Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven (3) in einer Vergleichsvorrichtung verglichen wird (4), dass bei Erfüllen eines vorgebbaren ersten Konvergenzkriteriums (5) durch eine der Temperaturvergleichskurven diese als erste Temperaturvergleichskurve ausgewählt wird (6), oder dass die Temperaturvergleichskurve mit der kleinsten Fehlerabweichung zur ersten Temperaturmesskurve als zweite Temperaturvergleichskurve ausgewählt wird (7).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hydraulisch bindenden Materialien wenigstens ein hydraulisches Bindemittel umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturvergleichskurven der vorgebbaren ersten Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven jeweils für eine Kombination eines vorgebbaren ersten Radius des DSV-Körpers und eines vorgebbaren ersten Gehalts an hydraulischem Bindemittel ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturvergleichskurven der vorgebbaren ersten Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven aus den exothermen Abbindereaktionen des wenigstens einen hydraulischen Bindemittels ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturvergleichskurven der vorgebbaren ersten Mehrzahl an Temperaturvergleichskurven mittels Finiter Elemente ermittelt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Temperaturvergleichkurven die thermische Leitfähigkeit des Bodenbereichs (9), und/oder die thermische Leitfähigkeit des DSV-Körpers (8), und/oder die thermische 1 1 AT 505 438 B1 Speicherkapazität des Bodenbereichs (9), und/oder die thermische Speicherkapazität des DSV-Körpers (8), und/oder die Rohdichte der in den Bodenbereich eingebrachten hydraulisch bindende Materialien, und/oder die Bodentemperatur, und/oder die Temperatur der in den Bodenbereich (9) eingebrachten hydraulisch bindende Materialien, und/oder Bodenparameter, insbesondere Bodentyp, Lagerungsdichte und/oder Konsistenz, als Parameter berücksichtigt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Bindemittel Zement umfasst, und der erste vorgebbare Gehalt an hydraulischem Bindemittel ein erster Zementgehalt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Radiusbereich des DSV-Körpers (8) vorgegeben wird, dass aus dem ersten Radiusbereich eine vorgebbare Anzahl an ersten Teilradien ausgewählt wird, dass ein erster Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel vorgegeben wird, dass aus dem ersten Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel eine vorgebbare Anzahl an ersten Teilbereichen ausgewählt wird, und dass für vorgebbare, insbesondere für sämtliche, Kombinationen zwischen ersten Teilradien und ersten Teilbereichen die Temperaturvergleichskurven ermittelt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit der ersten Temperaturvergleichskurve der deren Ermittlung zugrunde liegende erste Radius des DSV-Körpers (8) und der erste Gehalts an hydraulischem Bindemittel ausgegeben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermittlung einer zweiten Temperaturvergleichskurve ein zweiter Radiusbereich vorgegeben wird, dass der zweite Radiusbereich als vorgebbares Intervall um den der Ermittlung der zweiten Temperaturvergleichskurve zugrunde liegenden zweiten Radius vorgegeben wird, dass aus dem zweiten Radiusbereich eine vorgebbare Anzahl an zweiten Teilradien ausgewählt wird, dass ein zweiter Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel vorgegeben wird, dass der zweite Bereich als vorgebbares Intervall um den der Ermittlung der zweiten Temperaturvergleichskurve zugrunde liegenden zweiten Gehalt an hydraulischem Bindemittel vorgegeben wird, dass aus dem zweiten Bereich des Gehalts an hydraulischem Bindemittel eine vorgebbare Anzahl an zweiten Teilbereichen ausgewählt wird, und dass für vorgebbare, insbesondere für sämtliche, Kombinationen zwischen zweiten Teilradien und zweiten Teilbereichen die Temperaturvergleichskurven ermittelt werden.

10. Verfahren zum Einbringen eines Temperatursensors in einen DSV-Körper, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bildung des DSV-Körpers (8) ein Bohrgestänge (10) mit einer Rammspitze (17), in deren Bereich wenigstens ein erster Temperatursensor (11) angeordnet ist, in das Bohrloch eingeführt und im Wesentlichen rotationsfrei in den noch verformbaren DSV-Körper (8) geschoben wird, und dass die Rammspitze (17) zusammen mit dem ersten Temperatursensor (11) bei erreichen einer größten Tiefe abgekoppelt wird, und im DSV-Körper (8) verbleibt.

11. Bohranordnung (15) für Bodenbohrarbeiten, mit einem Bohrgestänge (10), dadurch gekennzeichnet, dass an dem - in Gebrauchslage betrachtet - unteren Ende des Bohrgestänges (10) eine im Wesentlichen unbewegliche Rammspitze (17) angeordnet ist, welche zum Abkoppeln vom Bohrgestänge innerhalb eines im Wesentlichen fertiggestellten DSV-Körpers und verbleiben in dem DSV-Körper ausgebildet ist, und dass im Bereich der Rammspitze (17) wenigstens ein erster Temperatursensor (11) angeordnet ist.

12. Bohranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rammspitze (17) als - in Gebrauchslage betrachtet - nach unten weisen angeordnete stumpfwinkelige Flach- 1 2 AT 505 438 B1 metallanordnung (18) ausgebildet ist. Hiezu 6 Blatt Zeichnungen