Das Erdbaulaboratorium der Technischen Universität Wien ist Teil des Instituts für Geotechnik, Forschungsbereich für Grundbau, Boden- und Felsmechanik. Der Hauptaufgabenbereich besteht vor allem in der Lehre und Forschung, jedoch auch in der Betreuung von aktuellen Bauprojekten.

Bis zum Jahre 1928 bestanden an der Technischen Hochschule Wien zwei Wasserbaulehrkanzeln, welche im Hinblick auf die Berufung von K. Terzaghi in Wasserbau I, II und III neu aufgeteilt wurden. Das neue Lehrfach Wasserbau II - wie die spätere Lehrkanzel für Grundbau und Bodenmechanik genannt wurde - umfasste die "Konstruktionselemente und Arbeitsmethoden des Grundbaus", den "Verkehrswasserbau" sowie die "Erdbaumechanik".

Mit der Berufung von K. Terzaghi als Professor an die Technische Hochschule übernahm 1929 sein Mitarbeiter A. Casagrande den Aufbau des Erdbaulaboratoriums. Aus jener Zeit stammen zahlreiche wichtige Versuchsgeräte und Untersuchungsmethoden, die heute jedem bodenmechanischen Institut geläufig sind, wie beispielsweise:

• das Fließgrenzen-Gerät zur Bestimmung der Atterberg'schen Konsistenzgrenzen,
• die Aräometeranalyse (Schlämmanalyse) zur Ermittlung der Korngrößenverteilung feinkörniger Böden,
• der Kompressionsapparat zur Bestimmung der Zusammendrückbarkeit feinkörniger Böden,
• der Rahmenscherapparat.

Die Forschungstätigkeiten am Institut waren außerordentlich vielseitig. Dabei kam K. Terzaghi sein absolviertes Maschinenbaustudium zugute, das ihn befähigte, nahezu sämtliche Apparaturen im Eigenbau anzufertigen.

Für den von H. D. Krey in den 1920er Jahren für die Berliner Versuchsanstalt für Wasser‐ und Schiffbau hergestellten Scherapparat entwickelte A. Casagrande - basierend auf Ideen von K. Terzaghi - eine verbesserte Scherbüchse. In zahlreichen Scherversuchen wurden die Einflüsse von Körnigkeit und Zahnung der Filtersteine, ferner die inneren Formänderungen der Scherproben untersucht, ehe die Standardausführung der Terzaghi'schen Scherbüchsen zustande kam. Sie erkannten bereits die Notwendigkeit, Verkippungen des Scherrahmens bzw. der Belastungseinrichtung möglichst hintanzuhalten, um Verfälschungen der Versuchsergebnisse aufgrund nicht exakter Einleitung der Normalkraft zu vermeiden. Ein Nachteil dieses Schergerätes war allerdings, dass Vorbelastung und Abscheren der Probe nicht im gleichen Gerät erfolgen konnte.

Das Poster Schergerät (PDF), öffnet eine Datei in einem neuen Fenster enthält eine Beschreibung des Scherversuchsgerät nach H.D. Krey mit den Scherbüchsen nach A. Casagrande.

Auch von A. Casagrande wurde ein Scherapparat entwickelt. Dieser unterscheidet sich vom Krey`schen Schergerät im Wesentlichen dadurch, dass der untere Scherrahmen festgehalten und der obere bewegt wird (beim Scherapparat nach Krey ist dies umgekehrt). Die Aufbringung der lotrechten Belastung wird - wie beim Scherapparat nach H. D. Krey - mittels eines Hebels bewirkt, dessen Eigengewicht durch ein Gegengewicht aufgehoben ist, und die Belastung über Bleigewichte aufgebracht wird. Die Scherkraft wird durch ein auf einem zweiten Hebel laufendes Gewicht hervorgerufen. Vorteilhaft ist, dass Vorbelastung und Abscheren am gleichen Gerät erfolgen können.

Sowohl der Scherapparat nach H. D. Krey als auch der Scherapparat nach A. Casagrande haben die Nachteile, dass bei fortschreitendem Abscheren eine Verringerung des Probenquerschnittes eintritt und der Boden daher teilweise auch auf Metall gleitet. Der von J. Hvorslev entwickelte Kreisringscherapparat hatte im Gegensatz zu den anderen einen kreisringförmigen Querschnitt und ermöglichte dadurch lange Scherwege mit einer immer gleich großen Scherfläche.

Genaueres dazu kann im Poster Kreisringscherapparat (PDF) , öffnet eine Datei in einem neuen Fensternachgelesen werden.

Neben den Entwicklungsarbeiten an direkten Schergeräten begann damals in Wien auch der Bau des ersten Triaxialapparates mit Einrichtungen zur Porenwasserdruckmessung (erstmals durchgeführt von L. Rendulic). Bereits im Jahr 1934/1935 war das Gerät voll funktionsfähig und lieferte die Grundlage für wesentliche Erkenntnisse in der Bodenmechanik.

Eine Beschreibung der Versuchstechnik ist im Poster erster Triaxialapparat (PDF), öffnet eine Datei in einem neuen Fenster nachzulesen.

Nachdem sowohl A. Casagrande und im Jahre 1938 auch K. Terzaghi von der Technischen Hochschule Wien an die Harvard University (USA) wechselten, übernahm K. Kienzl die Leitung des Erdbaulaboratoriums und hielt interimistisch auch die Vorlesungen und Übungen.

Prof. O. K. Fröhlich, einer der engsten Mitarbeiter von Prof. K. Terzaghi, wurde im Jahr 1940 als dessen Nachfolger mit der Leitung der Lehrkanzel betraut. Er gilt als Mitbegründer der Bodenmechanik und widmete sich - insbesondere nach den Kriegsjahren - verschiedenen theoretischen Problemen dieser jungen Wissenschaft, insbesondere der Standsicherheit von Böschungen, der kritischen Randbelastung unter Fundamenten, der Ausarbeitung von Rammformeln usw.

Die Leitung des Erdbaulaboratoriums oblag bis Kriegsende K. Kienzl und wurde dann W. Tettinek übertragen. In der Phase des Wiederaufbaues begannen umfangreiche Bodenuntersuchungen für öffentliche und private Großbauten, da das Erdbaulaboratorium der Technischen Hochschule Wien nach wie vor die einzige derartige Versuchsanstalt Österreichs dar.

Weiters wurde in dieser Ära von K. Klugar der erste Großrahmenscherapparat im Wiener Erdbaulaboratorium gebaut: ein großes Rahmenschergerät mit hydraulischer Kraftübertragung, geeignet für besonders grobkörniges Material (z.B.: Gleisschotter usw.).

Im Jahr 1957 wurde Prof. H. Borowicka zum ordentlichen Professor für Grundbau und Bodenmechanik berufen. Während seiner Zeit als Ordinarius legte er die wissenschaftlichen Schwerpunkte auf theoretische Abhandlungen über den Halbraum, über die Standsicherheit von Böschungen, ferner auf labormäßige Untersuchungen der Scherfestigkeit von Böden. Die maßgebende Weiterentwicklung zum "Wiener Routine-Scherversuch" bestand darin, dass der durch Volumsänderung bedingte Porenwasserüberdruck durch das Konstanthalten des Porenvolumens ausgeschaltet wird, indem während des Abschervorganges die lotrechte Belastung entsprechend verändert wird. Zudem wurde durch das "Hin- und Herscheren" eine Möglichkeit zur Bestimmung der Restscherfestigkeit gefunden.

Obwohl das Laboratorium im Zweiten Weltkrieg nur relativ geringe substantielle Verluste erlitten hatte, konnte die Ausrüstung in den Kriegs- und Nachkriegsjahren in Folge der Knappheit an Material und Geld nicht erweitert werden, weshalb Borowicka dazu trachtete, die bestehende Ausrüstung des Laboratoriums zu modernisieren.

So wurden Triaxialapparate mit Porenwasserdruckmeßeinrichtungen und eine große Anzahl kleinerer Geräte neu angeschafft. In den Jahren 1963 und 1964 wurde ein begehbarer Frostraum mit Grundwassersimulierung, Beregnungsmöglichkeit und einer Gefrierkapazität bis -40°C von H. Brandl eingerichtet (das Poster Frostraum (PDF) , öffnet eine Datei in einem neuen Fenstergibt einen Einblick in die Versuchsdurchführung). In Verbindung mit einer kleinen räumlichen Erweiterung des Erdbaulaboratoriums konnten in den folgenden Jahren weitere Geräte untergebracht werden, wobei diese – der Tradition des Institutes folgend – vielfach selbst hergestellt wurden.

Die Leitung des Erdbaulaboratoriums führte von 1945 bis 1968 W. Tettinek, dann A. Hondl und von Jänner 1969 bis 1972 H. Brandl. Es folgte im Februar 1972 M. Fross als Laborleiter, der sie bis 2004 innehatte.

Als Nachfolger für den emeritierten Prof. H. Borowicka wurde 1981 H. Brandl (damals Ordinarius an der Technischen Universität Graz) ernannt. Die Schwerpunkte seiner vielfältigen Forschungen und Entwicklungen in Verbindung mit Laborversuchen und in-situ Messungen haben unter anderem zur Entwicklung der „semi-empirischen Dimensionierung“ von Stützbauwerken, Böschungssicherungen, Fundierungen in rutschgefährdeten Hängen usw. beigetragen. Seine Pionierleistungen auf dem Gebiet der Geokunststoffe und der Umweltgeotechnik seien ebenfalls erwähnt.

Trotz der damaligen großen Gerätekapazität (z.B. 55 Kompressionsgeräte, 60 Scherapparate und Triaxialgeräte verschiedenster Bauart) war eine Erweiterung des Erdbaulaboratoriums unumgänglich, wobei besonderer Wert auf Spezialversuche, Anordnungen für großmaßstäbliche Modellversuche usw. gelegt wurde.

Im Jahr 2006 fand eine Renovierung mit teilweisem Umbau der Laborräumlichkeiten statt, um u.a. die gestiegenen Anforderungen an die Arbeitnehmerschutzbestimmungen zu erfüllen (Einbau einer Staubabsauganlage) sowie Platz für neue Geräte zu schaffen. So wurden mehrere automatisierte Geräten für die Durchführung von Druck-, Kompressions- und Durchlässigkeitsversuchen angeschafft.

Zudem wurde Ende 2007 auch ein dynamisches Triaxialgerät angeschafft, das neben der unabhängigen dynamischen Ansteuerung von Axial- und Seitendruck auch die Durchführung bei temperierten Versuchsbedingungen von -25° bis zu +120° ermöglicht. Diese Optionen eröffneten ein weites Feld an Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten, das unter anderem 2009 zur Mitwirkung an der Planung des Tunnels Lobau des Wiener Regionenrings (S1) im Zusammenhang mit der Bodenvereisung der Querschläge führte.

© TU Wien, Institut für Geotechnik

Dynmaisches Triaxialgerät mit Klimakammer.

Dynmaisches Triaxialgerät mit Klimakammer.

_{Abb. 8: Dynamisches Triaxialgerät mit Klimakammer.}

Neben diesen Neuanschaffungen wurde - gemeinsam mit einem Gerätehersteller - auch die Automatisierung des von Prof. Borowicka eingeführten Wiener Routinescherversuches entwickelt. Der Wiener Routinescherversuch wurde seit Beginn seiner Entwicklung in Krey-Schergeräten mittels stufenweiser Belastung durchgeführt. Für mylonitische Böden beispielsweise, die grundsätzlich einen geringen Restscherwinkel erwarten lassen - jedoch auch in gewissem Ausmaß Grobanteile beinhalten - zeigte die mechanische Versuchsdurchführung Grenzen auf. Das automatisierte Gerät lässt nunmehr eine wesentlich feinere Aufzeichnung der Kraft und Verformungsdaten zu, die eine präzisere Auswertung des Bruchvorganges erlaubt.

Von F. Kopf wurde in den Jahren 2004 bis 2006 ein Kalibrierstand zur Kalibrierung von dynamischen Lastplatten (Leichtes Fallgewichtsgerät) im Erdbaulabor eingerichtet. Es handelt sich dabei um den einzigen derartigen Kalibrierstand in Österreich, mit dem Kalibrierungen gemäß RVS 08.03.04 durchgeführt werden können; diese Kalibrierungen sind bei jeder dynamischen Lastplatte 1 x pro Jahr durchzuführen.

Nach der Emeritierung von Prof. H. Brandl im Herbst 2008 wurde D. Adam im Frühjahr 2009 zum nachfolgenden Institutsvorstand berufen. Prof. Adam ist bis dato Leiter des Forschungsbereiches für Grundbau, Boden- und Felsmechanik des inzwischen mit dem Institut für Ingenieurgeologie (ehem. Vorstand: Prof. Ewald Tentschert) zusammengelegten Institutes für Geotechnik. Bereits 2005 erfolgte die Übergabe der Laborleitung von M. Fross an S. Blovsky.

Seit der Berufung von Prof. D. Adam findet im Erdbaulabor ein anhaltender Erneuerungsprozess statt (unter Erhaltung der „klassischen“ Laborausstattung), zahlreiche neue automatisierte Laborgeräte (z.B. Kompressionsgeräte) wurden angeschafft; unter anderem auch eine Felsprüfpresse und ein Großrahmenschergerät. Weiters wurde auch ein Messwerterfassungssystem für dynamische Messungen installiert, das ein unerlässliches Mittel zur Verifizierung der theoretischen und numerischen bodendynamischen Forschungstätigkeiten am Institut ist.

Eine Vielzahl von Forschungsaufträgen (Grundlagenforschung und Industrieforschung) wurden abgewickelt, die eine Mitwirkung des Erdbaulaboratoriums erforderten. Beispielhaft seien hier Untersuchungen zur Bodenvereisung für den Tunnel Donau-Lobau, Materialuntersuchungen für neuartige Stabilisierungsmittel, Entwicklungen für die Beurteilung der Abrasivität von Lockergestein, Untersuchungen zur Tragschichtvergütung im Eisenbahnbau, Entwicklung von Versuchen zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Glasschaumgranulat, Versuche an mittels Niederdruckinjektion vergüteten Probekörpern, Untersuchung von Lockergesteinsböschungen sowie das Verhalten von Böden unter dynamischer Belastung genannt. Ein weiterer Schwerpunkt lag in den letzten Jahren im Bereich des Hochwasserschutzes und insbesondere in der Entwicklung und Prüfung von Dichtwandmaterialien für die Verfahren der tiefreichenden Bodenstabilisierungen.

S. Blovsky leitete das Erdbaulabor bis 2018; im Herbst 2019 übernahm R. Markiewicz die Leitung des Erdbaulabors.

Im Jahr 2018 wurde seitens der TU Wien und der Bundesimmobiliengesellschaft mit dem Neubau des sogenannten Science Centers (Standort Arsenal) im 3. Wiener Gemeindebezirk begonnen. Hintergrund dazu war, dass die bisherigen Laboreinrichtungen der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwesen auf verschiedene Standorte in Wien verstreut waren. Mit dem Neubau wurden diese Laboreinrichtungen – darunter auch das Erdbaulabor – letztlich an einem gemeinsamen Standort zusammenfasst. Der Eröffnung fand im Herbst 2019 statt.

Das gemeinsam genutzte Gebäude hat eine Länge von ca. 150 m, eine Breite von ca. 30 m, eine Höhe von ca. 12 m und wurde anstelle des ehemaligen Fernheizwerkes (daran erinnert der verbliebene Kamin) der Wien Energie errichtet. Das Gebäude ist auf Pfählen gegründet und gliedert sich in einen zweistöckigen Gebäudeteil: im Erdgeschoss befinden sich die Laborräume und im Obergeschoss Büroräumlichkeiten und Seminarräume, die auch als Hörsäle genutzt werden.

Mit dem Neubau ergaben sich auch wesentliche Verbesserung für das Erdbaulabor. Die geräumige und großzügige Prüfhalle mit einer Höhe von 9 m bietet viel Platz für die diversen Versuchseinrichtungen. Für großmaßstäbliche Versuche wurde eine 5 m x 5 m große und 3 m tiefe Prüfgrube mit dazugehörigem Prüfrahmen errichtet. In den an die Prüfhalle anschließenden Laborräumen sind die übrigen Laboreinrichtungen untergebracht. Weiters war es möglich einen separaten begehbaren Klimaraum zu errichten, um beispielsweise Bodenuntersuchungen bei Frostbedingungen durchführen zu können. Die Übersiedelung sämtlicher Laborgeräte vom alten Standort am Karlsplatz an den neuen Standort im Arsenal war eine große Herausforderung. Viele Geräte mussten für den Transport aufwendig zerlegt und wieder aufgebaut werden; auch eine Neukalibrierung sämtlicher Messsensoren war damit verbunden.

Seitdem finden laufend weitere Verbesserungen an den Versuchsgeräte und der Versuchsmethodik statt. Beispielsweise sei die Neuerrichtung des Kalibrierstandes für die Kalibrierung von dynamischen Lastplatten oder der Wiederaufbau einer Pinhole-Anlage zur Messung der Erosionsstabilität von Dichtwandmaterialien erwähnt.

1. Adam, D.: Einführung aus Skriptum Grundbau und Bodenmechanik. Wien, Auflage SS 2023.
2. Brandl, H.: Die Geschichte des Institutes für Grundbau der Technischen Universität Wien. Heft 2 aus Mittelungen für Grundbau, Bodenmechanik und Felsbau, Wien, 1983.
3. Tettinek, W.: Die Scherfestigkeit von bindigen Böden. Dissertation, Technische Hochschule Wien, Institut für Grundbau und Bodenmechanik, 1951.

4. https://www.tuwien.at/tu-wien/aktuelles/news/news/alle-labors-der-fakultaet-fuer-bauingenieurwesen-kuenftig-im-tu-science-center (18.02.2023)

5. https://www.tuwien.at/tu-wien/campus/tu-univercity/tu-univercity-news/news/eroeffnung-des-neuen-laborgebaeudes-der-fakultaet-fuer-bauingenieurwesen (18.02.2023)