Das Befahren des Meeresbodens mit einem Raupenfahrzeug als selbstfahrende Arbeitsmaschine ist ein effizientes Mittel für den Manganknollenabbau. Der weiche, durch thixotropes Verhalten gekennzeichnete Meeresboden stellt jedoch besondere Anforderungen an das Raupenfahrzeug und die Beurteilung der Befahrbarkeit des Meeresbodens im Abbaugebiet. In dieser Arbeit werden bodengebundene Unterwasserfahrzeuge beschrieben und die Kriterien für die Befahrbarkeit des Tiefseebodens sowie die erforderlichen Messmethoden dargestellt. Im Kapitel Bodenmechanik werden bindige Tiefseesedimente und deren gemeinsames Bodenstrukturmerkmal, die Kartenhausstruktur, die die ausgeprägte Thixotropie des Bodens hervorruft, beschrieben. Weiterhin werden die mechanischen Grundlagen ausgewählter Messgeräte, wie Flügelschersonde, Kegeldrucksonde, Scherring, Raupensegment und Lastplatten dargestellt, die für die Bestimmung der bodenmechanischen Kennwerte zur Beurteilung des Tiefseebodens im Hinblick auf die Befahrbarkeit notwendig sind. Die vertikale Spannungsverteilung im Halbraum unter dem Fahrzeug infolge des Fahrzeuggewichtes erfordern die Berechnung der Sicherheit gegen Grundbruch und der Sicherheit gegen Havarie infolge von Setzungen. In den experimentellen Untersuchungen wird das Verhalten von Flügelschersonde, Scherring, Raupensegment und Lastplatten im Labor untersucht. Die Versuche mit Flügelschersonde, Scherring, Raupensegment liefern Scherspannungs-Scherweg- Beziehungen, und mit Scherring und Raupensegment werden außerdem die dynamischen Einsinkungen gemessen. Die Kegeldrucksonde wird nur auf praktische Tauglichkeit hin untersucht. Als Ersatzboden für die Tiefseesedimente wird ein allgemein für diese Zwecke verwendeter naturbelassener Bentonitboden (Calcigel) verwendet, der über eine ähnliche Struktur und thixotrope Eigenschaften verfügt, wie echte Tiefseesedimente. Die für die experimentellen Untersuchungen erforderliche Versuchanlage wurde am Institut für Konstruktion (IKS) entwickelt und in Zusammenarbeit mit der Werkstatt des Fachbereichs Maschinenbau der Universität Siegen gebaut und im IKS-Labor betrieben. Bei der Aufstellung der Befahrbarkeitskritierien wurden die wesentlichen Fahrwiderstände berücksichtigt. Die durch zeitliche Einsinkung und Kurvenfahrt entstehenden Widerstände wurden durch Zuschlagsfaktoren abgeschätzt. Andere Berechnungsansätze für die Fahrwiderstände können nach Bedarf und praktischer Erfahrung eingefügt werden. Sie können dann die Anforderungen an die Bodenfestigkeit erhöhen oder verringern. Die Beurteilungkriterien und Berechnungabläufe bleiben im Prinzip gleich.
Untersuchungen zur Befahrbarkeit von Tiefseeböden mit selbstfahrenden Arbeitsmaschinen
Schriftenreihe Geotechnik ; 1-199
2011
199 Seiten, Bilder, Tabellen, 77 Quellen
Theses
German
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