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Verfahren zur Verfestigung toniger Böden Gegenstand des Patents 621
694. bildet ein `'erfahren zur Verfestigung toniger Böden, gemäß welchem in dem
zu behandelnden Boden zwei oder mehrere leitend miteinander verbundene Metallelektroden
angeordnet werden, von welchen die eine Elektrode stets aus Aluminium besteht, w
.ährend die andere Elektrode aus Kupfer besteht oder einem anderen Metall bestehen
kann, das in der Spannungsreihe der Metalle zweckmäßig möglichst weit entfernt von
Aluminium steht. Sind derartige Elektroden in den Boden eingebracht, so erhärtet
der im Stromlinienbereich der Elektroden liegende Boden trotz Feuchthaltung mit
der Zeit unter der Wirkung selbsttätigen elektrischen Stromes zwischen den Elektroden,
und zwar durch elektrische Umladung der Tonteilchen unter dem Spannungsgefälle dieses
elektrischen Stromes. Der sich im Rahmen dieses Verfahrens abspielende Erhärtungsprozeß
kann dabei noch dadurch beschleunigt werden, daß man unter Wegfall der sonst vorgesehenen
leitenden Verbindung der Elektroden durch dieselben und den dazwischenliegenden
Boden einen elektrischen Strom schickt, indem man den positiven Pol einer Gleichstromquelle
an die Aluminiumelektrode und den negativen Pol an die andere Elektrode, z. B. die
Kupferelektrode, anschließt.
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Bei diesem Verfahren wurde von der Voraussetzung ausgegangen, daß
es um so wirksamer arbeiten würde, je höher sich in Abhängigkeit von dem Elektrodenmetall
das Spannungsgefälle für den Stromdurchgang ergab, während umgekehrt bei Verwendung
gleicher Elektroden der Erfolg in Frage gestellt zu sein schien. Es hat sich jedoch
ergeben, daß das Verfahren beim Anschluß der Elektroden an eine Gleichstromquelleund
Hindurchleiten eines Stromes geeigneter Spannung auch dann durchführbar ist, wenn
man
für beide Pole Elektroden aus Aluminium verwendet, und zwar mit einem praktisch
unmerklichen Mehrverbrauch an Energie und dem nicht minder verblüffenden Erfolg,
daß dabei sowohl die als Anode als auch die als Kathode dienende Elektrode gleichmäßig
verbraucht und beiderseits Verfestigungszonen an und um die Elektroden geschaffen
werden. Daraus ergeben sich für das erfindungsgemäße Verfahren neben dem Vorzug
der -einfacheren Elektrodenbeschaffung insbesondere die folgenden Vorteile: Bei
dem Verfahren gemäß Hauptpatent verfestigt sich der im Stromlinienbereich der Elektroden
liegende Boden in allmählich fortschreitendem Maße lediglich von der Anode aus.
Der Kathodenbereich bleibt unbeeinflußt, und wird dementsprechend auch die Tragfähigkeit
der z. B. aus kupferummantelten Pfählen bestehenden Kathoden nicht gesteigert. Ganz
anders dagegen bei dem vorliegenden Verfahren. Hier verfestigt sich der Boden an
und um Anode und Kathode, es wachsen also von sämtlichen Elektroden her Verfestigungszonen
aufeinander zu, um sich schließlich zu einer geschlossenen Zone zu vereinigen. Dies
hat nicht nur den großen Vorteil, daß dadurch die Bildungszeit der Gesamtverfestigungszone
entsprechend vermindert und damit auch der Gesamtstromverbrauch vermindert wird,
sondern daß auch die Tragfähigkeit des Bodens auf der Kathodenseite von Anfang an
beeinflußt und gesteigert wird.
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Aus den eben dargelegten grundsätzlich anderen Verhältnissen ergibt
sich auch noch der weitere Vorteil, daß man im Rahmen des vorliegenden Verfahrens
bei Pfahlgründungen u. dgl. im Gegensatz zu dem Verfahren gemäß Hauptpatent auf
eine Verfestigung der gesamten Bodenmasse verzichten, sich also mit der Bildung
einer verhältnismäßig dünnen Verfestigungszone an den Elektroden begnügen kann,
was ebenfalls eine ganz erhebliche Einsparung in bezug auf die erforderliche Gesamtstrommenge
und Zeit bedeutet und Erfolg darstellt, der nach dem Verfahren gemäß Hauptpatent
nicht erzielbar ist, eben weil bei diesem die Kathoden in ihrer Tragfähigkeit nicht
beeinflußt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand des nachstehend geschilderten
Großversuches im einzelnen noch näher erläutert.
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In tonigen Schluffboden mit einem Wassergehalt von q.o bis 70% des
Trockengewichts, einer Fließgrenze von 65 bis 730/0 und einer Plastizitätsgrenze
von 42 bis 450/0 wurden sechs Stück 7 m lange Holzpfähle (Durchmesser 28 bis 30
cm), die bis zu einer Höhe von 6 m mit i mm starkem Aluminiumblech beschlagen und
an ihrer Spitze mit normalen Eisenschuhen versehen waren, derart eingerammt, daß
nur der nicht ummantelte Pfahlkopf über Geländeoberkante verblieb. Die Anordnung
der Pfähle erfolgte in der aus Fig. i ersichtlichen Weise, wobei der Abstand zwischen
I und II 1,2o m, zwischen III und IV 1,50m, zwischen V und VI 1,8o m und zwischen
I und III, II und IV, III und V sowie IV und V I 1,5o m betrug, jeweils von Pfahlachse
zu Pfahlachse gerechnet.
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Die Ermittlung der Tragfähigkeit vor Stromdurchgang erfolgte mit Hilfe
eines Trägerrostes im Gesamtgewicht von 8t, der nach Fig.2 aufgebracht war, in welcher
g einen Schwellenstapel, 1z einen Breitflanschträger, i einen Preßtopf, h
einen der Pfähle und l
dessen Aluminiummantel darstellt. Die Tragfähigkeit
der Pfähle ergab sich mit etwa 6 bis 8 t.
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Für die Strombelieferung stand ein Motorenaggregat mit einer Dauerleistung
von etwa Zoo bis 250V und etwa 5o bis 6o A zur- Verfügung. Es wurden zunächst
die Pfähle I (Anode) und II (Kathode) mit Strom beliefert. Nach etwa ioookW/Std.
wurde die Stromzufuhr unterbrochen und die Pfähle l und II einer Probebelastung
unterzogen. Anschließend wurden die Pfähle I und II mit etwa gleichen V- und A-Zahlen
weiterbehandelt bis zum maximalen Verbrauch von etwa 2ooo kW/Std. Unter denselben
Stromverhältnissen wurden dann ,auch die Pfähle III und IV behandelt, jedoch nur
etwa bis zu 26o kW/Std. Nach 26o kW/Std. für die Pfähle III und IV wurden noch die
Pfähle V und V I mit angehängt, jedoch die Spannung auf etwa i io V ermäßigt. Die
Pfähle III und IV erhielten mit i io V und etwa 25A auf diese Weise noch zusätzlich
6o kW/Std., die Pfähle V und VI unter den gleichen Bedingungen insgesamt
6o kW/Std.
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Nach 50o kW/ Std. Stromverbrauch je Pfahl I und III betrug die Tragfähigkeit
der Pfähle I und I I je 16t, nach i ooo ltW /Std. verminderte sich die Tragfähigkeit
von Pfahl I auf iot, während jene von Pfahl II (Kathode) auf 17,5 t stieg. Die Tragfähigkeit
von Pfahl III stieg nach einem Gesamtverbrauch von etwa 16o kW/Std. je Pfahl auf
22t, von Pfahl IV (Kathode) nach dem gleichen Verbrauch auf 12 t, Pfahl V trug nach
einem Gesamtverbrauch von 3okW/Std. je Pfahl etwa 36t und Pfahl VI (Kathode) nach
einem gleichen Verbrauch 37, 5 t. Vernachlässigt man den Spitzenwiderstand der Pfähle,
so erhöhte sich also die Mantelreibung entsprechend den obigen Zahlenwerten von
i,i bis i,q.t je m2 bis auf 6,8 t j e m2 Mantelfläche.
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Als Diagramm aufgetragen und unter Vernachlässigung der unterschiedlichen
Pfahlabstände
ergibt sich für die Abhängigkeit der Tragfähigkeit
vom Stromverbrauch das in Fig. 3 dargestellte Bild, in welcher die Kurve in den
diesbezüglichen Werten des Anodenpfahles und die Kurve n den diesbezüglichen Werten
des Kathodenpfahles entspricht. Die Belastungsetzungsdiagramme für die Pfähle III
bis VI sind aus Feg. 4. ersichtlich.
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Die jeweils optimalen Verhältnisse lassen sich hierfür leicht durch
entsprechende kleine Modellversuche ermitteln. Die Ergebnissee einer Versuchsreihe
mit solchen mit Aluminium beschlagenen Pfählen von a5 mm Durchmesser und 6oo mm
Länge sind in Fig. 5 wiedergegeben, deren Kurve o die entsprechenden Anodenwerte
und deren Kurve p die entsprechenden Kathodenwerte der Tragfähigkeitszu- und Wiederabnahme
in Abhängigkeit von den aufgewandten Kilowattstunden zeigt. Die Anwendung des vorliegenden
Verfahrend auf schwebende Pfahlgründungen ist von besonders großer wirtschaftlicher
Bedeutung, da dabei nicht nur an Strom, sondern auch an Aluminium ganz wesentlich
gespart werden kann und auch schon Aluminiummiäntel in der' Stärke von einem Bruchteil
eines Millimeters ausreichend simd.