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Bodenuntersuchungen

Kurzfassung Untersuchungen des Bodens zielen sowohl auf Artefakte als auch auf die generelle Bodenbeschaffenheit - wie geologischen Aufbau oder Hohlräume - ab.
Beschreibung

Die Untersuchung des Untergrundes setzt sich aus zwei Arbeitsschritten zusammen

1. Geophysikalische Messungen
2. Auswertung und Interpretation der Messungen

Archeo Prospections
Angewandte Geophysik © ZAMG Geophysik

Im Rahmen der geophysikalischen Messungen kommen folgende Methoden zur Anwendung

 

Anwendungsgebiete

  • Kraftwerke
  • Grundwasser
  • Bahntrassen
  • Deponien, Altlasten
  • Industrieanlagen
  • Lagerstätten
  • Tunnelbau
  • Talsperren

 

    Tunnelbau
    Tunnelbau © ZAMG Geophysik

Seismik

Hammerschlagseismik
Hammerschlagseismik © ZAMG Geophysik
Die Refraktionsseismik basiert vereinfacht auf dem Prinzip, dass ein von einer Anregungsquelle (z. B. Fallgewicht, Hammer oder Sprengung) zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgesandter seismischer Impuls von mehreren entlang einer Linie ausgelegten "Schwingungsmessern" (Geophonen) empfangen und mit einem Registriergerät aufgezeichnet wird. Die Bezeichnung "Refraktionsseismik" bringt zum Ausdruck, dass bei dieser Methode seismische Wellen verwendet werden, die an lithologischen Schichtgrenzen gebrochen worden sind. Je weiter ein Geophon vom Anregungspunkt entfernt ist, desto mehr Zeit benötigt die seismische Welle, um dieses zu erreichen. Die Geschwindigkeit, mit der sich die seismische Welle in einem Medium ausbreitet, ist materialabhängig.

Fast bei jeder Witterung! Nur Hagel und starker Regen verursachen durch das Niederprasseln so starke Störungen an den Schwingungsaufnehmern, dass keine vernünftigen Messergebnisse möglich sind.

 

Magnetikmessung
Magnetik © ZAMG
Magnetik
Die Magnetik basiert vereinfacht auf dem Prinzip, dass eisenhaltige Objekte oder Ablagerungen im Untergrund das natürliche Magnetfeld an der Erdoberfläche verändern.

 

Geoelektrik

Bei den verschiedenen Verfahren der Gleichstromgeoelektrik wird dem Untergrund über zwei Metallsonden, den Elektroden A und B, zwischen denen sich eine Gleichstromquelle befindet, ein Strom [I] zugeführt. Der Stromkreis wird durch den mehr oder weniger gut leitenden Untergrund geschlossen. In diesem bildet sich ein Potentialfeld aus, das außer von der Position der Elektroden und der Form der Erdoberfläche wesentlich von der Verteilung des spezifischen elektrischen Widerstandes im Untergrund bestimmt wird. Aus dem Strom [I], der Spannung [U] und der Geometrie der Elektroden kann der elektrische Widerstand [R] des Bodens berechnet werden.

Elektromagnetik

Elektromagnetik in Ephesos
Ephesos © ZAMG
Bei der Elektromagnetik wird wie bei Geoelektrik die Leitfähigkeit des Untergrundes ermittelt. Für die Messung wird jedoch dem Boden kein Strom zugeführt, sondern es wird durch Induktion ein Spannungsfeld im Untergrund erzeugt (berührungslos). Falls in der Geoelektrik kein guter Kontakt zwischen Sonden und Boden herstellbar ist (Asphalt, Steinpflaster, Kies usw.), bietet sich die elektromagnetische Methode als Ersatz an. Dieses Verfahren wird in der archäologischen Prospektion für eine schnelle, großflächige Übersichtskartierung der Leitfähigkeitskontraste oberflächennaher Schichten eingesetzt.

 

Georadar

Umfeld eines Stollens
Umfeld eines Stollens © ZAMG
Das Georadar ist zur Zeit die modernste und potentiell leistungsfähigste geophysikalische Methode zur Erfassung oberflächennaher Strukturen, v. a. in der archäologischen Prospektion. Es nützt eine elektromagnetische Welle als Signalträger. Ein elektromagnetischer Impuls mit der gewählten Frequenz (zwischen 1 und 1200 MHz) wird mittels einer Sendeantenne in den Untergrund abgestrahlt. Er breitet sich im Untergrund mit einer materialabhängigen Geschwindigkeit aus und wird an den Grenzflächen einzelner Objekte oder von Schichten unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften (Dielektrizitätskonstante, Leitfähigkeit) reflektiert.

Das an die Oberfläche zurückkehrende elektromagnetische Signal wird von einer Empfängerantenne erfasst und digital aufgezeichnet. Die Veränderungen der Signalform (Amplitude und Frequenz) erlauben Rückschlüsse auf die physikalischen Eigenschaften der durchstrahlten Medien wie ihre Mineralzusammensetzung, Feuchtigkeit, Porosität usw. Die Laufzeit des Signals ist proportional zu der Entfernung der Grenzfläche oder des Objektes.

Im wesentlichen beeinflussen folgende Faktoren die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen
1) Dielektrizitätskonstante des Mediums
2) elektrische Leitfähigkeit des Mediums
3) Antennenabstrahlcharakteristik
4) Frequenz des Impulses

Im Tunnel bieten wir auch Tomographie mittels Georadar an. Ähnlich einer "Durchschallung" wird in einem Stollen das Radarsignal gesendet und im benachbarten Stollen empfangen.

Tomographie
Bei der Tomographie handelt es sich um eine seismische Durchschallung von Bohrloch zu Bohrloch.
Es werden dabei mittels hydraulischem Scherwellenhammer in einem Bohrloch seismische Schwingungen angeregt, während im benachbarten Bohrloch mehrere Geophone die Schwingungen empfangen.
Die Laufzeit der Schwingungen zwischen den Bohrlöchern gibt Aufschluss über die Beschaffenheit des Untergrundes.

Im Tunnel bieten wir auch Tomographie mittels Georadar an. Ähnlich einer "Durchschallung" wird in einem Stollen das Radarsignal gesendet und im benachbarten Stollen empfangen.

Bohrlochtomographie
Bohrlochtomographie © ZAMG

 

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