Der Untersuchungsstandort ist mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet, um sowohl Bodenparameter als auch Oberflächenbewegungen zu erfassen. Zu diesen Messinstrumenten zählen darunter Piezometer, Inklinometer und Zeitbereichsreflektometrie-Sonden (TDR). Bisher ist das Untersuchungsgebiet mit folgenden Installationen ausgestattet.
- 3 Piezometer
- 9 TDR-Sonden (3 x [0.5 m, 1 m, 2 m])
- 5 manuelle Inklinometer (4,5 bis 6m Tiefe)
Die von diesen permanenten Installationen erfassten Daten werden alle 5 min abgerufen und direkt an den Server in Wien gesendet, wo diese verarbeitet werden. Darüber hinaus können die gesammelten Daten in Echtzeit auf der Webseite eingesehen werden.
Piezometer
Im Sommer 2022 wurden insgesamt 3 Piezometer zur Messung des unterirdischen Wasserdrucks installiert. Vereinfacht gesagt handelt es sich beim Piezometer um ein Rohr, welches bis unterhalb des Grundwasserspiegels in den Boden eingeführt wird. Das Rohr reicht bis zur Geländeoberkante und ist daher zur Atmosphäre hin offen. Da der Boden des Piezometers perforiert ist, kann Bodenwasser unter positivem hydrostatischem Druck in das Rohr eindringen (Or et al. 2005). In das Rohr eingetretenes Wasser steigt bis zur Höhe des Grundwasserspiegels auf. Die Wassersäule kann dadurch relativ zur Bodenoberfläche gemessen werden (ebd.).
TDR-Sonden
Um weitere Informationen zur Bodenfeuchte zu erhalten, wurden insgesamt 9 TDR-Sonden (engl. Time Domain Reflectometry; zu Deutsch: Zeitbereichsreflektometrie) an drei Standorten in jeweils drei verschiedenen Tiefen (0,5, 1 und 2 m) installiert. Bei TDR handelt es sich um ein elektromagnetisches Messverfahren zur Bestimmung der dielektrischen Permittivität und elektrischen Leitfähigkeit einer Vielzahl poröser Materialien und wird im Erdoberflächenmonitoring für verschiedenste Zwecke herangezogen (Comegna et al. 2022, Cataldo et al . 2021). Am häufigsten wird TDR zur Messung des volumetrischen Wassergehalts in Böden eingesetzt (Comegna et al. 2022). Der volumetrische Bodenwassergehalt kann indirekt anhand der Ladungsspeicherkapazität des Bodens gemessen werden. Jede Komponente des Bodens hat eine einzigartige Fähigkeit, elektrische Ladung zu speichern, die auch als Dielektrizitätskonstante bezeichnet wird. Wasser hat von allen Bestandteilen eines Bodens die mit Abstand höchste Dielektrizitätskonstante. Daher können Messungen der Ladungsspeicherkapazität auf den volumetrischen Wassergehalt bezogen werden (Comegna et al. 2022).
Inklinometer
Zur Erfassung von Untergrundbewegungen werden im Untersuchungsgebiet manuelle Inklinometer eingesetzt. Insgesamt wurden 5 Inklinometer in Tiefen von 4,5 bis 6m installiert. Als Inklinometergehäuse dienen genutete Kunststoffrohre, die in ein Bohrloch eingeführt werden und anschließend zur Messung lateraler Bewegungen von Hängen verwendet werden können (Indraratna et al. 2015). Inklinometerdaten werden mit einer Messsonde und einem manuellen Datenlogger im Zuge von Feldtagen etwa alle vier Wochen ausgelesen. Die Nullmessungen fanden am 18. August 2022 statt.
Rammsondierungen und Bohrkernentnahme
Neben diesen permanenten Installationen wird der Untergrund auch durch Rammsondierungen und Bohrkernentnahmen erkundet. Am Untersuchungsstandort Brandstatt wurden im Sommer 2022 insgesamt 26 Rammsondierungen (engl. deep penetration heavy bzw. DPH) und 8 Bohrkernentnahmen durchgeführt.
Bei einem dynamischen Sondierungstest wird ein Metallstab mittels Gewicht allmählich in den Boden getrieben. Die Anzahl der erforderlichen Schläge pro bestimmter Eindringtiefe, z.B. pro 10 cm Tiefe, wird dokumentiert. Diese Technik gibt Aufschluss über Widerstandsparameter (Schüttdichte, Konsistenz etc.), aber auch über die maximale Eindringtiefe (Festgesteinsgrenze). Zur Durchführung von DPH-Sondierungen wird ein Fallgewicht von 50kg verwendet.
Um Informationen über die Stratigraphie des Untergrundes zu erhalten, können Bohrkerne entnommen werden. Für die Bohrkernentnahme wird ein hohles Stahlrohr mit einem Gewicht in den Boden getrieben. Die Entnahme von Bohrkernen, d.h. Bodenproben, ermöglicht die Analyse verschiedener Bodenparameter wie etwa der Korngrößenverteilung. Zusätzlich können in den entstehenden Bohrlöchern verschiedene Sensoren verbaut werden.
Fig. 1: A & C: Bohrkernentnahme mittels Bohrraupe. B: Inklinometermessung. © R. Kanta. 2022.
Literatur
Cataldo, A., E. De Benedetto, A. Masciullo, G. Cannazza. 2021. A new measurement algorithm for TDR-based localization of large dielectric permittivity variations in long-distance cable systems. Measurement, Vol. 174, 109066.Comegna, A., G. Severino, A. Coppola2022. A review of new TDR applications for measuring non-aqueous phase liquids (NAPLs) in soils. Environmental Advances. Vol. 9, 100296.Indraratna, B., I. Sathananthan, C. Bamunawita, A.S. Balasubramaniam. 2015. Chapter 3 - Theoretical and Numerical Perspectives and Field Observations for the Design and Performance Evaluation of Embankments Constructed on Soft Marine Clay. Ground Improvement Case Histories, Butterworth-Heinemann, 83-122.
Or, D., M. Tuller, J.M. Wraith. 2005. Water Potential. Encyclopedia of Soils in the Environment, 270-277.
