Wie sich ein homogener Eisenbalken verbiegt, wenn man ihn belastet, lässt sich recht einfach ausrechnen. Doch was geschieht, wenn eine Last auf dem feuchten Erdboden ruht? Die Poromechanik beschäftigt sich damit, poröse Materialien wie Erde, Beton, Holz oder Knochen zu beschreiben. Die TU Wien genießt heute in diesem Bereich hohes internationales Ansehen. Sie ist von 10. bis 12. Juli Veranstaltungsort der 5th Biot Conference on Poromechanics (BIOT-5), zu der 320 Forscherinnen und Forscher aus 30 Ländern erwartet werden.

Bei der dreitägigen Konferenz werden die neuesten Trends der Poromechanik vorgestellt und gleichzeitig an die Geschichte dieses Fachgebiets erinnert: Die "BIOT-5" trägt den Namen von Maurice Anthony Biot, dem "Vater der Poromechanik". Außerdem findet sie genau 50 Jahre nach dem Tod von Karl von Terzaghi statt, der an der TU Wien wichtige Experimente durchführte, und somit als "Großvater der Poromechanik" angesehen werden kann.

Das Detail und das Ganze
"Poröse Materialien sind oft gleichzeitig flüssig und fest – etwa der Erdboden, der auch Wasser enthält", erklärt Prof. Christian Hellmich. Er gehört zu den Chairs der BIOT5- Konferenz, gemeinsam mit Prof. Bernhard Pichler (beide vom Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen) sowie   Prof. Dietmar Adam (vom Institut für Geotechnik). "Solche Materialien lassen sich nicht mehr bloß auf makroskopischer Ebene beschreiben, man braucht ein genaues Verständnis von der Mechanik, der Physik und der Chemie der Mikrostrukturen." In den winzigen Poren des Materials finden Transportprozesse und chemische Reaktionen statt, es kommt beispielsweise zu Diffusion und Kapillareffekten. Das Zusammenspiel der Mikro-Bestandteile bestimmt die Belastbarkeit, Elastizität und Festigkeit.

Traditionell beschäftigt sich die Poromechanik oft mit Erdboden oder Fels: Mathematische Modelle über Bodenfestigkeit erlauben nicht nur, sichere Fundamente für Gebäude zu dimensionieren, sie sind auch wichtig für die Seismologie oder für die Suche nach Bodenschätzen und deren Gewinnung.

Allerdings kamen im Lauf der Zeit einige ganz andere Anwendungsgebiete der Poromechanik mit dazu. "Auch Beton hat eine Mikrostruktur, die seine Eigenschaften bestimmt", erklärt Christian Hellmich. Sogar an die Biologie knüpft die Poromechanik heute an, etwa wenn die Festigkeit von Knochen berechnet werden soll, oder wenn es um poröse Materialien geht, in denen lebende Zellen eingebettet werden.

Ein Blick zurück
Alle vier Jahre trifft sich die weltweite Poromechanik-Community zu einer "BIOT-Konferenz", zu Ehren des belgisch-amerikanischen Wissenschaftlers Maurice Anthony Biot. Er wurde Anfang der 1940er Jahre zum "Vater der Poromechanik", indem es ihm gelang, seine Forschungsdisziplin erstmals auf ein sauberes, theoretisches Fundament zu stellen. Seine Formeln und seine mathematischen Erklärungsmodelle werden bis heute verwendet.

Doch Biot war nicht der erste wichtige Forscher auf diesem Gebiet. Schon Jahre vorher führte der österreichische Wissenschaftler Karl von Terzaghi in seinem Labor am heutigen Institut für Geotechnik der TU Wien (damals "Technische Hochschule Wien") wichtige bodenmechanische Untersuchungen durch. "Ihm gelangen genial einfache Experimente, aus denen man sehr viel lernen kann2, sagt Christian Hellmich.

Terzaghi hatte vorher in Istanbul und dann am MIT in Cambridge (USA) gearbeitet. 1929 folgte er einem Ruf nach Wien, wo er bis 1938 forschte. Er war ein ruheloser Reisender, der wissenschaftliche Kontakte auf der ganzen Welt pflegte. 1938 ging Terzaghi wieder in die USA und trat eine Professur an der Universität Harvard an, 1943 wurde er US-amerikanischer Staatsbürger.

Die BIOT-Konferenz an der TU Wien greift Terzaghis Vision von enger transatlantischer Zusammenarbeit auf: Es ist die erste internationale Konferenz außerhalb der USA, die vom Engineering Mechanics Institute (EMI) der American Society of Civil Engineers (ASCE) mitorganisiert wird.

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[1] Foto: © Österreichische Zentralbibliothek für Physik

Nähere Information:
Prof. Christian Hellmich
Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen
Technische Universität Wien
Karlsplatz 13, 1040 Wien
T: +43-1-58801-20220
christian.hellmich@tuwien.ac.at