Hohlraumerkundung

Verkarstungszonen

Lösungsprozesse im Kalkstein und Dolomit führen zur Verkarstung, wodurch es zur Hohlraumbildung kommen kann. Hohlräume können sich mit feinkörnigem Material füllen oder lufterfüllt sein, so dass der Untergrund in diesen Bereichen einer Belastung möglicherweise nicht mehr standhalten kann.

Erkundungsbohrungen, die zur Baugrunderkundung eingesetzt werden, liefern nur punktuelle Informationen über den Baugrund und können in einem geologisch heterogen aufgebauten Untergrund keine Aussagen über kleinräumige Strukturen liefern.

Zur Detailerkundung geologischer Strukturen oder Hohlräume, die sich in ihren elastischen Eigenschaften von ihrer Umgebung unterscheiden, werden seismische Verfahren eingesetzt. Insbesondere die seismische Tomographie zwischen zwei Bohrungen eignet sich besonders gut, um sowohl flache als auch tief liegende Strukturen hinsichtlich der Lage und Dimension zu charakterisieren.

Beispiel:
Zur Planung von Verkehrswegen wurde der Untergrund an mehreren Brückenstandorten mit der seismischen Tomographie hinsichtlich möglicher Verkarstungszonen untersucht, um Setzungen bei einer dynamischen Belastung der Brückenpfeiler auszuschließen. Das Tomogramm liefert ein flächenhaftes Abbild der Verteilung seismischer Geschwindigkeiten und damit indirekt ein Abbild der Materialeigenschaften. Bereiche mit geringen Geschwindigkeiten (grün) konnten als Verkarstungszonen identifiziert werden, während der kompakte Kalkstein deutlich höhere seismische Geschwindigkeiten aufweist (rot).

Karst structure

Auflockerungszone im Tomogramm


Schwächezonen

Schwächezonen im Untergrund entstehen durch Lösungs- und Auswaschungsprozesse, Verwitterung oder geologische Störungen. Sie führen zu einer Verringerung der Gesteinsfestigkeit und zeigen oft eine erhöhte Wasserwegsamkeit. Seismische Verfahren reagieren insbesondere auf Änderungen der Gesteinsfestigkeit und sind deshalb für die Erkundung von Schwächungszonen und zur Bestimmung von wechselnden Materialeigenschaften des Untergrundes bestens geeignet.

Beispiel:
Zur Erkundung von Schwächezonen wurden im Rahmen einer Vorerkundung für den Bau eines neuen Hafens refraktionsseismische Messungen entlang von bis zu 1 km langen Profilen durchgeführt. Das Messergebnis zeigt die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der seismischen Wellen im Untergrund. Geringere Geschwindigkeiten (grün) weisen auf deutlich aufgelockerte und entfestigte Bereiche hin und unterscheiden sich von den höheren Geschwindigkeiten (rot) des umgebenden kompakten Kalksteins.

 

WeakZones RaTomogram

Seismische Geschwindigkeitsverteilung der Refraktionsseismik 

 

WeakZones WeightDrop

Signalanregung mit Fallgewicht


Hohlräume

Erkundungsbohrungen stellen nur punktuelle Aufschlüsse dar, die bei einem komplexen Aufbau des Untergrundes wichtige geologische Strukturen wie Hohlräume verfehlen können. Um eine flächenhafte Erkundung zur Lokalisierung von Hohlräumen durchzuführen, werden daher geophysikalische Verfahren wie die Gravimetrie erfolgreich eingesetzt.

Die Gravimetrie misst lokale Änderungen der Schwere oder der Schwerkraft. Schwereanomalien treten auf, wenn die Dichte des Gesteins aufgrund von Hohlräumen abnimmt und sich von der Umgebung unterscheidet.

Beispiel:
An einem still gelegten Basalt-Untertagebau wurden Gravimetrie Messungen durchgeführt, um potenzielle Abbauhohlräume zu lokalisieren. Das Ergebnis zeigt die Darstellung negativer und positiver Schwereanomalien, die auf Änderungen der Schwerebeschleunigung zurückzuführen sind. Während die positiven Schwereanomalien (grün) auf ein intaktes Gestein hinweisen, sind die negativen Schwereanomalien (rot) relevant für den Nachweis von Hohlräumen im Gestein.

WaekZones gravimetry

Flächenhafte Verteilung der Schwereanomalien


Senkungsbereiche

Auswaschungs- und Lösungsprozesse im Untergrund oder eine nicht ausreichend kompaktierte Sedimentfüllung können zu plötzlichen oder langzeitlichen Setzungen des Untergrund führen. Zur Erkundung von Senkungszonen im flachen Untergrund bis etwa 5 m eignet sich das Georadar, dessen Messprinzip auf der Reflexion elektromagnetischer Wellen an Störkörpern und Grenzflächen im Untergrund basiert.

Beispiel:
Hohlräume oder abgesenkte Bereiche im Untergrund bewirken verstärkte Reflexionsamplituden und zeigen typische Reflexionsmuster im Radargramm.

 

WeakZones Radargram

Radargramm mit Auswaschung/Setzungsbereich unter armierter Betonplatte