Verformungsverhalten künstlicher Makroporen unter variierenden Druck‐ und Bodenfeuchtebedingungen

In einer Laborstudie sollte mit Hilfe der Röntgen‐Computertomographie (CT) die Stabilität und das Verformungsverhalten von künstlich erzeugten Makroporen unter variierenden Druck‐ und Feuchtebedingungen untersucht werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollten als Referenz für eine Studie an Proben aus einem Befahrungsversuch dienen. Das Testsubstrat war ein gut strukturierter, humoser Schlufflehm mit einer Lagerungsdichte von 1,0 g cm —3 . Mit Hilfe einer Plastiknadel (∅ 5 mm) wurden Makroporen in vertikaler und 45 Grad‐Orientierung gestochen. Im uniaxialen Druckversuch erfolgte die Belastung der Bodenproben in vier Druckstufen, jeweils kombiniert mit vier Bodenfeuchtezuständen. Anhand von Computertomographiesequenzen und ihrer 3‐dimensionalen Rekonstruktion konnte die Art und Intensität der Porendeformation studiert werden. Als Ergebnisse der quantitativen Vermessung der Porenflächen im CT‐Bild konnten vier Verformungsstadien in Abhängigkeit von Last, Bodenwassergehalt und Porenorientierung identifiziert werden. Ausgehend vom Verformungsstadium „stabil“, bei dem trotz der mechanischen Beanspruchung die ursprüngliche Porenform und ‐dimension weitest‐gehend bewahrt blieb, treten bei Erhöhung der Auflast bzw. der Bodenfeuchte scharfbegrenzte Verengungen im Porenverlauf auf (bottle necks). Die gemittelten Querschnittsflächen erfahren eine tendenzielle Verringerung. In diesem Stadium, „Strukturdeformation“ genannt, werden die Aggregate in der Matrix verschoben, bleiben jedoch intakt. Erst bei einer weiteren Erhöhung der Last und/oder des Wassergehaltes wird deren Stabilität überschritten, und es setzt eine gesamthaft plastische Verformung ein. Dieses Stadium wurde als „Gesamtdeformation“ bezeichnet. Signifikant nehmen die Querschnittsflächen, Porenlängen und ‐volumina sowie die innere Rauigkeit der Porenwandungen ab. Am Ende steht die vollständige Auslöschung der Porenstruktur, zumindest im Rahmen der Ortsauflösung der CT (Stadium „Extinktion“). Diese Deformationsentwicklung konnte eindeutigen Belastungsstufen orientierungsabhängig zugeordnet werden. Unerwartet war der Befund, dass die Poren bis zu ihrer Auslöschung die ursprünglich kreisrunde Form beibehielten.