Direct Push – Methode

 

Methodische Grundlagen der Direct Push Technik

 

Das Direct Push System basiert auf dem Geoprobe 540 MT System (Geoprobe, Salina, KS, USA) welches an ein Nordmeyer System adaptiert ist (Modell RS 0/2.3, Nordmeyer, Peine Deutschland).

Abb. 1: Aufbau und Einsatz des Direct Push Systems (Geoprobe mit Nordmeyer Bohrraupe) im Gelände.

 

CPT (Cone Penetrating Test)

 

Die CPT Sonde (Cone Penetrating Test, Typ Geotech probe NOVA - Geotech, Askim, Schweden) wird mit einer konstanten Geschwindigkeit von 20 mm/sec in den Untergrund gedrückt. Über ein Tiefenlogger wird die exakte Tiefe millimetergenau bestimmt. Während der Sondierung werden die Parameter Spitzendruck (qc), Mantelreibung (fs) und Porendruck (u) parallel bestimmt. Die Festigkeit, die Korngröße und die Wassersättigung des Sedimentes sind die wesentlichen Faktoren, die die Parameter beeinflussen und in Kombination einen detaillierten Rückschluss auf den stratigraphischen Aufbau des Untergrunds zulassen.

 

Abb. 2: Das Cone Penetrating Testing (CPT) ist aus 3 Elementen aufgebaut. Der Spitzendruck (qc) wird an der Sondenbasis in Mega Pascal bestimmt, darüber befindet sich ein Filter Ring (u) zur Bestimmung des Porendrucks und mit fs gekennzeichnet wird die Matelreibung bestimmt.

 

HPT (Hydraulic Profiling Tool)

 

Das HPT (Hydraulic Profiling Tool) Direct Push System wird von einer Wasserpumpe mit einer Durchflussrate von ca. 250 ml/min gespeist. Während die Sonde hydraulisch in den Untergrund gedrückt wird, werden der Wasserdruck als auch der Leitungsdruck im 2 cm Abstand bestimmt. Weiterhin lassen sich der Grundwasserspiegel bestimmen als auch die Porosität des Sedimentes.
Die Sonde besitzt am unteren Ende 4 linear angeordnete Elektroden, diese wird Standardmäßig mit einer Wenner- oder Dipol-Dipol Konfiguration zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit angesteuert. In einem Abstand von 2 cm wird aus dem Verhältnis von eingespeister Stromstärke und gemessener Potentialdifferenz die elektrische Leitfähigkeit bestimmt.

 

Abb. 3: Das Hydraulic Profiling Tool (HPT) besteht aus der Kombination zweier Methoden. Im unteren Bereich der Sonde wird über eine 4-Punkt-Anordnung (EC Array 4 Pin) die Elektrische Leitfähigkeit bestimmt. Im oberen Bereich der Sonde befindet sich ein Injektionsfenster (HPT Injection Port), durch welches Wasser in das Sediment injiziert wird.

 

OIP System

 

Das OIP System (Optical Image Profiler) bietet die Möglichkeit, durch den Einsatz einer aktiven Beleuchtungsquelle und eines CMOS-Detektors Bilder in Echtfarben zu erstellen. Die Bilder werden dabei mit einer konstanten Widerholrate von 30 B/s erzeugt und alle 2 cm gespeichert.

 

Abb. 4: Das OIP-HPT-EC System besteht aus insgesamt 3 verschiedenen Sensoren. Der EC Sensor bestimmt über eine Dipol Anordnung die elektrische Leitfähigkeit. Der mittlere Bereich der Sonde ist mit einem Saphierglas und dahinterliegender UV-Led, Visible Light Led und CMOS Kamera ausgestattet. Der obere Bereich beinhaltet eine HPT Einheit zur Bestimmung des Porenvolumens (siehe Abb. 3). Die Bilder bieten einen direkten Blick auf das Sediment in Echtzeit mit hochaufgelösten Bildern.

 

Analyse der Direct Push Daten

 

Die Klassifikation und die Kombination der geophysikalischen Parameter des Direct Push Systems mit geschlossenen Bohrungen lassen eine umfangreiche und übertragbare Interpretation zu. Am Beispiel (siehe Abb. 3) treten besonders deutlich stratigraphische Wechsel und der Eintrag von grobklastischen Sedimenten hervor. Die Methodenkombination erlaubt eine sichere, schnelle und non-invasive Erkundung der Untergrundstrukturen und deren Interpretation.

 

Abb. 5: Durch die Kombination der geophysikalischen Parameter ist eine nahezu non-invasive Bestimmung des Schichtenaufbaus im Untergrund möglich (Obrocki et al. 2018).

 

Das Direct Push System kann durch eine Vielzahl an Sonden für unterschiedlichste Fragestellungen eingesetzt werden und sichert schnelle und belastbare wissenschaftliche Daten.