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On the computational modeling of micromechanical phenomena in solid materials

Christian Linder
This work aims to contribute to the research on the constitutive modeling of solid materials, by investigating three particular micromechanical phenomena on three different length scales. The first microscopic phenomenon to be considered on the macroscopic scale is the process of failure in solid materials. Its characteristic non-smoothness in the displacement field results in the need for sophisticated numerical techniques in case one aims to capture those failure zones in a discrete way. One of...

Experimental performance and recommendations for qualification of post-installed anchors for seismic applications

Philipp Mahrenholtz
Die in dieser Promotionsarbeit vorgestellte Forschung stellt eine systematische und umfassende Behandlung der seismischen Qualifikation von Dübeln dar und basiert auf umfangreiche Untersuchungen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Wissenslücken über das Verhalten von Dübeln unter Erdbebenbelastung so zu schließen, dass bestehende Qualifikationsrichtlinien um sinnvolle Versuche für die Beurteilung der Erdbebentauglichkeit ergänzt werden können. Im Rahmen der Promotionsarbeit werden zunächst die Grundlagen erarbeitet, die für einen fundierten Ansatz zur seismischen Qualifikation notwendig sind. Nach einer...

High order interactions among environmental variables : diagnostics and initial steps towards modeling

Jhan Ignacio Rodríguez Fernández
In the field of geostatistics and spatial statistics, variogram based models have proved a very flexible and useful tool. However, such spatial models take into account only interdependencies between pairs of variables, mostly in the form of covariances. In the present work, we point out to the necessity to extend the interdependence models beyond covariance modeling; we summarize some of the difficulties arising when attempting such extensions; and propose an approach to address these difficulties.

Ein Implantat zur Einleitung konzentrierter Lasten in Bauteile aus ultra-hochfestem Beton

Martin Kobler
Mit ultra-hochfestem Beton steht im Bauwesen ein Hochleistungswerkstoff zur Verfügung, dessen Druckfestigkeit im Bereich von normalfestem Baustahl liegt und der dabei nur ca. ein Drittel des spezifischen Gewichtes von Stahl aufweist. Durch den Einsatz von Stahlfasern kann bei entsprechender Konstruktionsweise auf herkömmliche Bewehrung verzichtet werden – dann sind lediglich 20 mm dicke Bauteile möglich. Wie bei nahezu allen Hochleistungswerkstoffen sind auch bei ultra-hochfestem Beton für einen wirtschaftlichen und praktikablen Einsatz geeignete Verarbeitungsprozesse und Herstellverfahren erforderlich,...

Modeling and analysis of coupled porous-medium and free flow with application to evaporation processes

Klaus Mosthaf
Exchange processes between fluid-filled porous media and an adjacent free flow occur in a wide range of natural and technical systems. In the course of these processes, the flow dynamics in the porous domain and in the free flow exhibit a strong interdependency, which is often controlled by mechanisms at the common interface. Understanding and modeling these interactions is decisive for divers technical, medical and environmental applications. Prominent technical examples are the drying of products...

Theory and numerical applications of compositional multi-phase flow in porous media

Andreas Lauser
For many multi-phase flow and transport processes in porous media, miscibility of the constituent components (i.e., the chemical compounds of the fluids) is a non-negligible part of the governing physics. This thesis covers several theoretical and numerical aspects of such flows. First, the continuum-scale equations are motivated starting from the molecular scale. Then, techniques to discretize these equations are presented while keeping their parallel implementation by computer programs in mind. After the theoretical, numerical, and...

UAV-basierte Fernerkundungsmethoden der Aerogeophysik für die hochauflösende Beobachtung von alpinen Rutschhängen

Uwe Niethammer
In der vorliegenden Arbeit werden aktuelle Fernerkundungsverfahren und UAV-Systeme des zivilen Bereichs der Fernerkundung vorgestellt. Sowohl die Vorzüge als auch die Einschränkungen der unterschiedlichen UAV-Systeme zur zeitlich und räumlich hochauflösenden Hang-Beobachtung im alpinen Raum werden erörtert. Am Beispiel mehrerer UAV-Pilotstudien kommen speziell zur Beobachtung von Hangrutschungen entwickelte Multi-Rotor UAV-Systeme mit optischen Sensoren zum Einsatz. Weiter werden notwendige Verfahren zur Prozessierung der optischen Luftbilder und unterschiedliche Methoden der fernerkundlichen Hangrutschungs-Analyse vorgestellt.

Steifigkeitsverhalten von Doppelverbundbrücken mit Trapezblechstegen

Frank Reichert
Die bislang in Deutschland nur an einem Pilotbauwerk praktizierte Anwendung von Trapezblechstegen im Verbundbrückenbau bietet durch die charakteristischen Eigenschaften des Trapezblechs konstruktive und wirtschaftliche Vorteile gegenüber konventionellen Spannbetonbrücken und der klassischen Verbundbauweise. Es stehen jedoch keine ausreichenden Erfahrungen und vor allem Regelungen bereit, um die Vorteile voll auszuschöpfen und eine wirtschaftliche Ausbildung zu ermöglichen. Gerade die Ausführung der ersten Pilotbrücke in Deutschland hat hier kritische Punkte aufgezeigt. Während für die Erfassung des Beulverhaltens des Trapezblechsteges...

Tragverhalten von randnahen zugbeanspruchten Befestigungen bei der Versagensart „Spalten des Betons“

Thorsten Hüer
In der Befestigungstechnik werden mit Hilfe von Befestigungssystemen Lasten zwischen Bauteilen übertragen. Die Befestigungssysteme bestehen aus Befestigungsmitteln, deren Wirkprinzip auf Stoff-, Form- oder Reibschluss beruhen kann. In der vorliegenden Arbeit wird das Tragverhalten zugbeanspruchter Befestigungen mit einem geringen Abstand zu einem Bauteilrand untersucht. Dazu wurden sowohl experimentelle Untersuchungen als auch numerische Studien durchgeführt, wobei sich die Untersuchungen auf Versagen des Ankergrundes Beton beschränken. Dieses kann prinzipiell durch einen Betonausbruch oder durch die Bildung von Spaltrissen...

Grundwasserforschung und Untersuchungen zur Nitratbelastung

Helmut Kobus
Das Ziel unserer Forschung ist die Erarbeitung von Berechnungsgrundlagen in Form eines allgemeinen, anwendungsorientierten Modellkonzepts, welches die maßgeblichen Einflußgrößen für den großräumigen Stofftransport im Grundwasser erfaßt, einschließlich des Eintrags durch die Bodenzone, des Strömungstransports, der dispersiven Vermischung, der Adsorption und der Umsetzungs- und Abbauprozesse. Die Grundlagenforschung am Computer und im Labor wird ergänzt durch gezielte Felduntersuchungen. Die numerischen Modelle werden fortlaufend an Fallstudien mit intensiven Meßprogrammen getestet und überprüft hinsichtlich ihrer praktischen Einsatzfähigkeit, der Kompatibilität...

Evaluation of groundwater sampling techniques for the investigation and monitoring of contaminated sites

Georg Teutsch, Baldur Barczewski & Helmut Kobus
The collection of representative groundwater samples is an essential prerequisite in hydrogeological site evaluation and groundwater monitoring. Erroneous or insufficent sampling may lead to wrong conclusions, possibly causing considerable health and/or financial risks, especially in respect to the assessment of contaminated sites. The collection of representative water samples therefore requires the use of appropriate sampling techniques, taking into account the prevailing aquifer conditions, the borehole hydraulics and the chemical parameters to be investigated. Consequently, the...

Hydraulische Aspekte des Grundwasserschutzes

Helmut Kobus
Schutz des Grundwassers vor Verunreinigungen bedeutet zunächst und in erster Linie das Freihalten des Grundwasserleiters von Schadstoffeinleitungen. Allerdings wird es auch bei noch so hohem technischem Aufwand nie möglich sein, das Eindringen von Schadstoffen in das Grundwasser gänzlich zu verhindern. Wasserinhaltsstoffe, die durch Einsickerung des Niederschlags, über Schluckbrunnen oder aus Oberflächengewässern in das Grundwasser gelangen, werden dort von der Strömung mittransportiert. Will man daher die Qualitätsbeeinträchtigung des Grundwassers durch Schadstoffe erfassen und beherrschen, dann muß...

Hydraulische Kriterien zur Auslegung von Meßstellen

Helmut Kobus
Für die Standortwahl von Meßstellen sind zunächst übergeordnete hydrologische und wasserwirtschaftliche Gesichtspunkte maßgeblich. Durch die Konzeption eines Meßstellennetzes wird der jeweilige Gewässerabschnitt festgelegt, in dessen Bereich eine Abflußbestimmung erforderlich ist. Innerhalb dieses Bereichs ist nun der Standort der Meßstelle und deren Gestaltung festzulegen, wobei vielerlei Gesichtspunkte und nicht zuletzt auch hydraulische Kriterien berücksichtigt werden müssen. Hierbei ist es oft nicht leicht, bei Berücksichtigung des Hochwasserschutzes, des Landschaftsschutzes, bestehender Wasserrechte, der Gewässerökologie und des Wasser- und...

The sub-systems. 4 : Groundwater

Reimer Herrmann, P. Hubert & Helmut Kobus
Groundwater constitutes the most important freshwater resource of the earth, it is two orders of magnitude larger than the total water volumes of rivers and lakes. It is a renewable resource, characterized by stability of its chemical composition and stability of temperature. Percolation of water through the subsurface has a good purification effect due to the combined action of filtration, sorption, chemical reactions and microbiological processes. Groundwater is utmost important as drinking water resource, since...

Fundamentals

Helmut Kobus
The use of hydraulic models for the solution of engineering problems has become accepted standard procedure in many areas. Apart from the classical problems of hydraulics, a number of new problem areas arise, which require modern measurement techniques and more sophisticated considerations on hydraulic similitude. The aim of the present brochure is to serve as an introduction to the discipline of hydraulic modelling and to convey to the practicing engineer the present state of the...

Chemo-hygro-thermo-mechanical model for simulation of corrosion induced damage in reinforced concrete

Filip Orsanic
Reinforced concrete (RC) elements exposed to chloride induced corrosion have a shortened service life which presents a major challenge for durability of structures. The extensive costs of repair heighten the importance of developing a model as a numerical assessment tool of corrosion induced damage effects. A three dimensional (3D) chemo-hygro-thermo-mechanical (CHTM) model has been recently developed (Ožbolt et al. 2010, 2011). The model is implemented into a finite element code and is capable of predicting...

Grundwasserverunreinigung durch Chlorkohlenwasserstoffe : Gefährdung des Trinkwassers - Sanierungsmaßnahmen

Helmut Kobus
Leichtflüchtige Chlorkohlenwasserstoffe haben zu erheblichen Grundwasserkontaminationen und vielerorts zu einer Gefährdung der öffentlichen Trinkwasserversorgung geführt. Wie groß ist die Gefahr tatsächlich? Was kann man tun, wenn trotz aller Vorsicht Chlorkohlenwasserstoffe in den Boden gelangt sind?

Zum Tragverhalten von kombinierten Stahlspundwänden

Bernadette Leitz
Kombinierte Stahlspundwände, bestehend aus H-Profilen als Haupttragpfählen und Z-förmigen Zwischenbohlen als Füllelementen, stellen eine wirtschaftliche Lösung im Bereich der schweren Kaimauern dar. Für die Bemessung sind zuverlässige, sichere und einfache, d. h. effiziente Dimensionierungsgrundlagen eine unabdingbare Voraussetzung. Ausschlaggebend für den Forschungsbedarf an Einzel- und Doppeltragbohlen von kombinierten Stahlspundwänden ist die Umstellung der Bemessungsregeln auf Eurocode und den hiermit verbundenen Wegfall der bisherigen Vorgehensweise in der Praxis. Während bisher in Deutschland vereinfachte Stabilitätsnachweise für Biegeknicken ohne...

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