US-Ingenieure präsentieren wenig aufwändige Methode für Baugründe in Extremlagen
Raleigh/Offenbach am Main - Die buchstäbliche Grund-Voraussetzung für Bauwerke auf dem Mond ist - so wie hierzuerden auch - ein stabiles Fundament. Dafür muss der Bauuntergrund genauer unter die Lupe genommen werden, was normalerweise eine aufwändige Angelegenheit ist. Eine verhältnismäßig einfache Methode dafür präsentieren Ingenieure von der North Carolina State University auf einer Konferenz in Los Angeles. Das Computermodell der Experten kann schon mit kleinen Bodenproben vorhersagen, wie der Untergrund mit dem Fundament eines Gebäudes zusammenspielen wird.
"Unser Projekt erkundet die Voraussetzungen für das Bauen auf dem Mond", meint Studienautor Matt Evans, ein Zivil-, Bau- und Umweltingenieur. Die Methode sei vor allem kostengünstiger als herkömmliche Baugrund-Erhebungene, so der Experte, zumindest für den Einsatz auf dem Erdtrabanten oder in anderen Extremlagen. Das gewählte Verfahren testet, wie stabil der Boden ist und wie sehr er sich im Lauf der Zeit absenken wird. Den Forschern gelang es, erdspezifische Variablen wie etwa die Schwerkraft einzubinden, die jedoch ohne weiteres auch für den Mond oder etwa den Mars adaptiert werden können.
Das Verfahren, das im Fachterminus "Discrete Element Method" (DEM) heißt, entstand 1978 aus der Molekulardynamik und wird seither bereits in Geotechnik oder im Maschinenbau eingesetzt. Es beruht darauf, dass sich Materie stets aus Einzelelementen zusammensetzt. Alle Teilchen einer Probe werden dabei positioniert und erhalten eine Anfangsgeschwindigkeit. Unter Berücksichtigung der relevanten physikalischen Gesetzen werden dann die Kräfte errechnet, die auf jedes einzelne Teilchen wirken, wie etwa Reibung, Rückstoß und Gravitation oder auch Molekülkräfte. Aus deren Summe erhebt man die Veränderung der Teilchen in bestimmten Zeitschritten.
Komplexe Bauumgebung auf dem Mond
Fachleute bezeichnen die Idee eines Hauses am Mond eigentlich als schwer durchführbar. "Dringend notwendig wäre eine Referenzprobe direkt vom Ort der Errichtung. Die Mondoberfläche ist nicht einheitlich, sondern von zahlreichen Faktoren wie etwa Meteoriteneinschläge oder vielleicht auch früheren vulkanischen Aktivitäten bestimmt. Die so eingebrachte Energie oder Sedimente sorgen für sehr unterschiedliche Voraussetzungen", erklärt Uwe Hinzmann, Leiter Zentraleuropa bei Keller Grundbau.
Doch auch auf der Erde müssen sich Erkundungen des Bodens auf den direkten Ort der Errichtung beziehen, so der Experte. "Wenn man auch durch Probenanalyse das Bodenverhalten in großen Zeiträumen simulieren kann, bleibt dabei der große Einfluss von Wind, Wasser und Tektonik außer Acht." Zu berücksichtigen sei zudem auch der geologische Aufbau der Erdkrusten-Schicht sowie deren Temperatur. Fernerkundung eines Geländes gibt es bisher nur bei der Suche nach wertvollen Metallen und Mineralien. Hier werden Satelliten eingesetzt, deren Bilder die Orte für Probebohrungen an vermuteten Lagerstätten definieren.
Für die Errichtung größerer Gebäude entnimmt man in der Baugrunderkundung bisher Bodenproben aus verschiedenen Tiefen und untersucht sie im Labor etwa nach Kompressionsfähigkeit, Durchlässigkeit oder nach Luft- oder Wassergehalt. Falls notwendig, wird etwa durch geeignete Rüttelverfahren der Baugrund verdichtet und somit verbessert. Das kann mitunter auch auf der Erde eine große Herausforderung sein. "Etwa für die Base von Offshore-Windrädern, die bis zu 40 Metern unter Wasser liegt, fährt man dazu zur Drucksondierung mit schwersten Gerät - zum Beispiel mit einer Hubinsel - direkt zur Stelle der Errichtung", berichtet Hinzmann. (red/pte)
