Mitglied werden Sponsor werden

Schlitzentlastung (Spannungsmessung)

Ablauf einer Schlitzentlastungs- und Kompensationsmessung, schematisch dargestellt in Aufsicht und Seitenansicht. Quelle: Fröhlich & Schlebusch
Beginn der Phase 2 einer Schlitzentlastungs- und Kompensationsmessung. Halbmondförmiges Druckkissen vor Einführung in den Sägeschlitz. Zahlreiche Deformationsmesspunkte (rot) auf beiden Seiten des Sägeschlitzes. Quelle: Fröhlich & Schlebusch

Seitens der Internationalen Gesellschaft für Felsmechanik ISRM existiert im Rahmen einer allgemeinen Empfehlung zur Durchführung von Spannungsmessungen ein Abschnitt über das Schlitzentlastungs- und Kompensationverfahren (ISRM 1987). Von der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik DGGT wird z.Zt. eine aktualisierte Empfehlung erarbeitet (Fröhlich & Schlebusch, 2014)1.

Danach versteht man unter dem Begriff „Schlitzentlastung und Kompensation“ (engl.: slot cut and compensation) ein  geländetaugliches Spannungsmessverfahren an freien, versuchstechnisch zugänglichen Oberflächen.

Verfahren

Prädestinierte Objekte für das Verfahren sind unverwitterte Felsoberflächen, frische Ausbruchsflächen über- oder untertage, Ausbauschalen von Tunneln sowie, ganz generell, jede Art von Bauwerksteilen. Aus den versuchstechnisch ermittelten Randspannungen kann u.U. auf den Ausnutzungsgrad der Bauwerksteile hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit und damit auf die Sicherheit des geotechnischen Objekts geschlossen werden.

Nach dem Setzen von Verschiebungsmesspunkten und einer Nullmessung (Phase 0) wird ein Bauteil lokal an seiner Oberfläche durch einen Sägeschlitz entlastet (Phase 1). Die Entlastungsverschiebungen uE werden gemessen. In den Sägeschlitz wird anschließend ein Druckkissen eingebaut, das stufenweise mit Druck beaufschlagt wird (Phase 2). Dabei werden die  Entlastungsverschiebungen infolge Sägeschlitz durch den Kissendruck kompensiert. Wenn der ursprüngliche Zustand wieder erreicht ist, ist der Innendruck des Druckkissens pK ein Maß für die lokale Normalspannung sn senkrecht zum Sägeschlitz am Rand des Bauwerkteils. Die Auswertung der Versuchsergebnisse erfolgt nach Gleichung:

σn = p * Km * Ka

mit: sn = Normalspannung am Ausbruchsrand des Gebirges oder Bauteils p = Öldruck im Kissen bei vollkommener Kompensation

Km = Formkonstante des verwendeten Druckkissens Ka = AJ /AC (Verhältnis zwischen Kissenfläche AJ und Schlitzfläche AC)

Bewertung

Das Schlitzentlastungs- und Kompensationsverfahren hat sich bei der Ermittlung von in Tunnelschalen wirkenden Spannungen sehr bewährt und ist aus Sicht des Verfassers bei der Ermittlung des Auslastungsgrades entsprechender untertägiger Ausbausysteme gegenüber den Verfahren mit Druckmessdosen und Dehnmessgebern vorzuziehen.

Bei natürlichen Gesteinen kommt das Verfahren höchstens für frische und glatte Ausbruchsflächen kompetenter Schichten in Frage, nicht jedoch für beispielsweise für Tone.

Vorteile

Hat sich zur Messung sekundärer Spannungszustände an Tunneloberflächen bewährt

  • Direktes Kompensationsmessverfahren: keine Materialkennwerte (z.B. E-Modul) erforderlich
  • einfaches und robustes Messverfahren
  • zu bevorzugende Alternative gegenüber Druckmessdosen und Dehnmessgeber.

Nachteile

Ungeeignet zur Messung primärer (absoluter) Spannungszustände

  • Beschränkt auf direkt zugängliche Oberflächenmesspunkte
  • ungeeignet für gestörtes, zerklüftetes, zerbrochenes, weiches und zur Verwitterung neigendes Gebirge
  • 1-D Messverfahren, jedoch durch Integration von Sägeschlitzen in verschiedenen Richtungen auch 2-D Messungen möglich.

Literatur

H. Bock, Arbeitsbericht NAB 14-30 „Oberflächennahe Spannungsmessungen in der Nordschweiz und den angrenzenden Gebieten“ 2014

Direktverweis

1 Fröhlich, B. & Schlebusch, M. (2014). Messung der Randspannungen in Bauwerksteilen nach der Schlitzentlastungs- und Kompensationsmethode. - Empfehlung Nr. 22 des AK 3.3 – Versuchstechnik Fels – der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V., 36 S.