2023-10-102023-10-10https://hdl.handle.net/11420/43641Ein vertieftes Verständnis der Kontaktfläche zwischen einer Struktur oder einem Werkzeug und dem umgebenden Boden ist für viele geotechnische Anwendungen fundamental. Anwendungsgebiete reichen von Pfahlstrukturen, welche ihre Tragfähigkeit über ihre Mantelfläche mobilisieren, bis hin zu Vortriebsschilden von Tunnelvortriebsmaschinen, deren Vortriebsleistung maßgeblich durch die Bedingungen in der Grenzfläche zum Boden gekennzeichnet ist. In den meisten geotechnischen Anwendungen wird das Reibungsgesetz nach Mohr-Coulomb verwendet, um die Interaktion zwischen Boden und Strukturoberfläche zu beschreiben. Für kohäsionslose Böden lässt sich dieser Ansatz gut verwenden, für kohäsive Böden jedoch ist das Verhalten in der Grenzfläche deutlich komplexer. Es kommt zu Anhaftungen und Verklebungen des Materials und es scheinen Kräfte in der Grenzfläche zu herrschen, die nicht lediglich auf Reibung zurückzuführen sind. Bisher gibt es kein zufriedenstellendes Modell, welches das Verhalten zwischen einer Stahloberfläche und einem kohäsiven Boden vollumfänglich abbilden kann. Das vorliegende Forschungsvorhaben hat u. a. das Ziel eine Versuchsdatenbank zu schaffen, die es erlaubt Modelle des Grenzflächenverhaltens zwischen kohäsiven Böden und Stahl abzuleiten. Diese basiert auf einem umfangreichen Versuchsprogramm mit spezialisierter Versuchstechnik und kontrollierter Probenherstellung. Aufbauend auf den Erkenntnissen sollen numerische Modellierungsansätze für die Grenzfläche entwickelt werden. Die entwickelten Modelle können in vielen geotechnischen Problemstellungen Anwendung finden. Zu nennen sind beispielsweise Zugpfähle in bindigen Böden sowie sich im maschinellen Tunnelvortrieb einstellende Verklebungserscheinungen. Die Berücksichtigung der Adhäsion kann zu einer wirtschaftlicheren Bemessung führen und die Möglichkeit Anhaftungen zu simulieren könnte es ermöglichen Verklebungen an Werkzeugen in Abhängigkeit der Bodenbeschaffenheit besser vorherzusagen.A deeper understanding of the contact surface between a structure or tool and the surrounding soil is fundamental for many geotechnical applications. Applications range from pile structures, which mobilise their load-bearing capacity via their shaft, to cutter heads of tunnel boring machines, whose advance rate is significantly characterised by the conditions in the interface with the ground. In most geotechnical applications, the Mohr-Coulomb friction law is used to describe the interaction between soil and structural surface. For coarse-grained soils this approach is applicable, but for fine-grained soils the behaviour in the interface is much more complex. Adhesion and stickiness of the material occur and there seem to be forces in the interface that are not only related to friction. To date, there is no satisfactory model that can fully represent the behaviour between a steel surface and a fine-grained soil. One of the aims of the present research project is to create an experimental database that allows models of the interfacial behaviour between fine-grained soils and steel to be derived. This is based on an extensive experimental programme with specialised experimental techniques and controlled sample preparation. Based on the findings, numerical modelling approaches for the interface will be developed. The developed models can be applied in many geotechnical problems, such as tensile piles in fine-grained soils as well as adhesion phenomena occurring in mechanised tunnelling. The consideration of adhesion can lead to a more economical design and the possibility to simulate adhesion could enable a better prediction of tool clogging as a function of soil properties.Adhäsion zwischen ebenen Stahloberflächen und kohäsiven BödenAdhesion between plane steel surfaces and fine-grained soils