Ingenieurgeologie & Felsmechanik

Forschung

Die Arbeitsgruppe ‚Ingenieurgeologie und Felsmechanik‘ der RUB legt ihren inhaltlichen Schwerpunkt auf die Felsmechanik. Die Felsmechanik beschreibt das mechanische Verhalten des kompetenten, d.h. festen Untergrundes. Der Arbeitsansatz umfasst die laborgestützte Charakterisierung des Gesteins- und Trennflächenverhaltens, die skalenübergreifende Modellierung sowie die numerisch gestützten Analyse des geomechanischen Systemverhaltens bei der Reservoirerschließung in den Bereichen Geothermie, Kohlenwasserstoffförderung und der nachbergbaulichen Sicherung und Nutzung.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ZoKrateS ist der Nachweis der hydraulischen Wirksamkeit von Stützmitteln, die bislang nicht in der Tiefengeothermie eingesetzt wurden. In Kombination mit zonierter Säuerung sollen diese Stützmittel in natürliche Kluftzonen tiefliegender Karbonate eingetragen werden. Die Ergebnisse des Vorhabens können Entwicklung eines petrothermalen Standortes in Deutschland beitragen. In Bezug auf die Auswahl geeigneter Stützmittel ist insbesondere die Unbedenklichkeit des Einsatzes der Stützmittel aus Umweltgesichtspunkten von besonderer Bedeutung. 

Das Forschungsvorhaben ZoKrateS findet in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für angewandte Geophysik (LIAG), Geothermie Neubrandenburg GmbH (GTN), G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH, Enex Power Germany statt und wird durch das Bundewirtschaftsministerium gefördert.

Teilvorhaben Materialtests

Für das Forschungsprojekt ZoKrateS werden zunächst im Felslabor der RUB Gesteinsproben geomechanisch charakterisiert, sodass ein mechanisches Untergrundmodell (mechanical earth model) erstellt werden kann. Ferner erfolgen Laborversuche an Gesteins-Stützmittel-Proben zur Bestimmung geeigneter Stützmittelkonfigurationen für die operativen Arbeiten an der Bohrung. Weitere Experimente sollen zeigen, ob:

a)    die Stützmittel in der Lage sind, den in-situ-Spannungen im geologischen Zielhorizont standzuhalten?

b)    die Stützmittel in der Lage sind, Trennflächen offen zu halten, oder ob die Stützmittel über ein tolerierbares Maß hinaus in die karbonatische Formation gedrückt werden?

c)    aufgrund der Trennflächenoberflächenschädigung durch Eindrücken der Stützmittel Gesteinsfragmente mobilisiert werden, die den bestehenden Riss zusetzen könnten?
Als Analogmaterial für den geologischen Zielhorizont dient ein dickbankiger und zum Teil verkarsteter Kalkstein des oberen Juras, der im Steinbruch Pappenheim in der fränkischen Alb an der Erdoberfläche aufgeschlossen ist. 

Teilvorhaben Analog Kartierung

Um das strukturelle Verständnis des Oberen Jura im Tiefen Untergrund im Raum München zu verbessern wird eine Kartierung auf der Fränkischen Alb durchgeführt. Dieses Teilprojekt analysiert die strukturelle Variation der Ablagerung, welche sich deutlich in Gesteinsfestigkeit, Trennflächenverteilung und Ausbildung des Großstrukturinventars unterscheidet.

Im Fokus steht die Variation des Trennflächen- und Störungssystems im Studiengebiet, sowie Möglichkeiten zur Anpassung der Datenaufnahme an regionale Gegebenheiten (z.B. Karst Problematik).  Hierfür werden verschiedene Aufschlüsse im Untersuchungsgebiet geologisch-strukturell charakterisiert und mit klassischen Geländemethoden bearbeitet (z.B. Scanline, Schmidt-Hammer). Im weiteren Verlauf des Projektes sollen die Ergebnisse der Aufschlussstudie mit den Reservoirdaten (Seismik, Bohrlochmessmethoden) des Oberen Jura aus dem Raum München gekoppelt werden um ein möglichst umfassendes Reservoirmodell zu erhalten.

 

ZoKrateS vor Ort und im Labor

Die Digitalisierung der Lehre dient der Ort- und zeitunabhängigeren sowie der inklusiven Gestaltung des Studiengangs. Mittels interaktiven 360°-Touren und 3D Modellen kann die Geländearbeit digital aufbereitet werden. Das Angebot der meist physischen Exkursionen kann so erweitert werden und für körperlich oder psychisch eingeschränkte Studierende geöffnet werden. 

Das Projekt DRAGON Ruhr der Ruhr-Universität Bochum, der Universität Duisburg-Essen und der Technischen Universität Dortmund hat zum Ziel, die bislang ausschließlich physisch offerierte Geländearbeit und Baustellenvisitation in Studieninhalten an den Schnittstellen zwischen den Geowissenschaften und dem Bau- und Umweltingenieurwesen um diversitätsoffene digitale Angebote zu erweitern.

Im Geoingenieurwesen besteht ein wesentlicher Aspekt der beruflichen Vorbereitung in der Erfahrung dreidimensionaler Zusammenhänge des Baugrunds und des Bauwerks. Dies wird durch geologische Geländearbeit und Kartierungen, übertägige Baustellenbesuche und untertägige Befahrungen realisiert. Nicht profitieren können davon jedoch Menschen mit diversen Belastungen durch soziokulturellen Status, unzureichende finanzielle Mittel oder körperliche Beeinträchtigungen. Zusätzlich sind Geländetage und Baustellenbesuche aus Sicherheitsgründen in der Zahl der Teilnehmenden begrenzt. DRAGON Ruhr setzt hier an und baut die Barrieren für Geländearbeit im
Geoingenieurwesen ab. Neben digital geführten Aufnahmen von Baugrund und Bauwerk sowie Handstücken und Werkzeugen werden Augmented Reality (AR) Elemente umgesetzt und 3D Virtual Reality (VR) Erfahrungen einbezogen. Dadurch werden die Lehrinhalte diversitätsoffen angeboten, sodass einer möglichen Diskriminierung von interessierten Studierenden im Lehrplan entgegengewirkt wird, Studieninteressierte gewonnen werden und Lehrinhalte für zum Beispiel Behörden oder im Rahmen von Weiterbildungen zur Verfügung gestellt werden. Außerdem entstehen so qualitätiv hochwertige ergänzende Lehrmaterialien.