Studie zur Frosthebung und Tausetzung eines Tons bei unterschiedlichen Temperaturgradienten

Strömungsvorgänge während des Vereisungsvorgangs von fein‐ und gemischtkörnigen Böden führen zur Frosthebung infolge Eislinsenbildung. Damit ist der Strömungsvorgang ein entscheidender Faktor zur Abschätzung der Frosthebung sowie nach dem Auftauvorgang resultierender Tausetzung. Es wurden eindimensionale Vereisungsversuche in einem geschlossenen System ohne Wasserverfügbarkeit sowie in einem offenen System mit Wasserverfügbarkeit durchgeführt. Hier wurde der Einfluss unterschiedlicher Temperaturgradienten (3,4 °C/cm, ~5,5 °C/cm, ~7,5 °C/cm) eines gesättigten Tons auf Parameter wie Rate des zuströmenden Wassers, Frosthebung und Tausetzung untersucht und diskutiert. Versuchsergebnisse zeigen, dass mit zunehmendem Temperaturgradienten die Werte der untersuchten Parameter ebenso zunehmen. Die Rate des zuströmenden Wassers während des Vereisungsvorgangs wird mithilfe eines Modells unter Berücksichtigung der tonmineralogischen Eigenschaften rechnerisch abgeschätzt. Die zur Anwendung des Modells erforderlichen Parameter werden zudem in unterschiedlichem Ausmaß durch den Temperaturgradienten beeinflusst. Mithilfe des vorgestellten Ansatzes kann eine Prognose zur Frosthebung sowie Tausetzung erfolgen.

Flow processes during the freezing process of fine‐ and mixed‐grain soils lead to frost heave due to ice lens formation. Therefore, the flow process is a decisive factor for estimation the frost heave as well as the thaw settlement resulting from the thaw process. One‐dimensional freezing tests were carried out in a closed system without water availability and in an open system with water availability. Here, the influence of different temperature gradients (3.4 °C/cm, ~5.5 °C/cm, ~7.5 °C/cm) of a saturated clay on parameters such as rate of water intake, frost heave and thaw settlement were investigated and discussed. Experimental results show that with the increase of temperature gradient the values of the examined parameters also increases. The rate of water intake during the freezing process can be estimated mathematically using a model taking into account the clay mineralogical properties. The parameters required to apply the model are also influenced to different extents by the temperature gradient. With the help of the presented approach, a prediction of frost heave as well as thaw settlement can be made.