Die im Salzbergbau sowie im Speicher-, Deponie- und Endlagerbau genutzten Lagerstätten natürlicher Salzgesteine sind über geologische Zeiträume durch die Verdunstung (Evaporation) von Meerwasser entstanden. Die geologische Dimension der Lagerstättengenese wird deutlich, wenn die Verdunstung von 100 m Meerwasser in einer nur ca. 1,5 m mächtigen Salzschicht resultiert. D. h. flachgelagerte Salzformationen (bedded salt) von einigen hundert Metern Mächtigkeit wie auch durch Salzaufstieg (Halokinese) gebildete Salzdiapire von mehreren tausend Metern Mächtigkeit können nur durch eine zyklisch wiederholte Verdunstung großer Meerwassermengen entstanden sein.
In der Konsequenz derartiger Größenordnungen ist es einerseits wenig verwunderlich, dass nicht nur Habitus und Gefüge natürlicher Salzgesteine eine große Varietät ausweisen, sondern sich auch die Stoffeigenschaften natürlicher Salzgesteine abhängig von der Lokation unterscheiden und im Vergleich zu künstlichen Baustoffen wie z. B. Beton oder Stahl ein deutliches Streubreitenband ausweisen. Die dessen ungeachtet insgesamt zu testierende Homogenität des Materialverhaltens natürlicher Salzgesteine einer Fazies bzw. eines Evaporationszyklus ist dagegen andererseits Kennzeichen für insgesamt vergleichsweise homogene Bildungsbedingungen und Voraussetzung dafür, dass die Materialeigenschaften des „geologischen Baumaterials Salzgestein“ vergleichsweise präzise und verlässlich anhand handstückgroßer Proben im Laborversuch ermittelt werden können. In Verbindung mit der bei natürlichen Salzgesteinen fehlenden Klüftigkeit resultiert im Unterschied zu Festgesteinen die Möglichkeit, die im Laborversuch ermittelten Stoffeigenschaften natürlicher Salzgesteine, ohne Modifikation auf das großräumige Gebirge zu übertragen. Allein aus diesem Grund besitzt die Versuchstechnik im Bereich der Salzmechanik eine signifikant größere Bedeutung als beispielsweise im Bereich der Felsmechanik, in der das Tragverhalten des Gebirges deutlich zu unterscheiden ist vom Tragverhalten des Gesteins, bzw. das Tragverhalten des großräumigen Gebirges wesentlich bestimmt wird durch das Reibungsverhalten auf den Trennflächen. Neben der fehlenden Klüftigkeit natürlicher Salzgesteine kann die als Viskosität bezeichnete Zeitabhängigkeit des Materialverhaltens als ursächlich dafür eingeschätzt werden, dass das Fachgebiet der Gebirgsmechanik nicht nur zwischen den Teildisziplinen Bodenmechanik und Felsmechanik unterscheidet, sondern sich als eigenständiges Fachgebiet die Salzmechanik etabliert hat.
Die natürlichen Salzgesteine sind charakterisiert durch eine im Vergleich zu Felsgesteinen geringe Dichte von r < 2,2 g/cm3, eine geringe natürliche Porosität von f≈ 0,2 % und eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit von l ≈ 6 W/(m.K). Im ungeschädigten Zustand sind Salzgesteine dicht gegenüber Flüssigkeiten und Gasen und daher favorisiert für die Konstruktion von Speicher- und Deponieholräumen. Die viskosen bzw. zeitabhängigen Eigenschaften natürlicher Salzgesteine resultieren in der Möglichkeit, eingetragene Beanspruchungen durch Spannungsumlagerungen bruchfrei abzubauen. Durch Beanspruchungen oberhalb der Dilatanzfestigkeit induzierte Microfissuren (dilatante Verformungen) können grundsätzlich zurückgebildet (verheilt) werden, wenn die Beanspruchungen nach der Schädigung wieder auf ein Niveau unterhalb der Dilatanzgrenze abgesenkt werden. Die Dilatanz-, Bruch- und Restfestigkeit natürlicher Salzgesteine ist analog zu Festgesteinen abhängig von der minimalen Hauptspannung und der Spannungsgeometrie (Kompression, Extension), zusätzlich jedoch charakterisiert durch eine signifikante Abhängigkeit von der Temperatur und der Beanspruchungsrate. Im Unterschied zu den elastoplastischen Felsgesteinen ist das Deformationsverhalten natürlicher Salzgesteine charakterisiert durch eine als Kriechen bezeichnete Zeitabhängigkeit. Die Größe der Kriechrate steigt überproportional mit der deviatorischen Beanspruchung und der Temperatur. Die Kriechrate ist gekennzeichnet durch eine transiente, stationäre und bei Beanspruchungen oberhalb der Dilatanzfestigkeit tertiäre Kriechphase. Darüber hinaus ist das Verformungsverhalten natürliche Salzgesteine charakterisiert durch einen sogenannten Memory-Effect bzw. ein Gedächtnis. D. h. das unter einer definierten Belastung beobachtete Deformationsverhalten ist immer auch abhängig von der zuvor realisierten Belastungshistorie.
Angesichts der vorstehend skizzierten vielfältigen und komplexen Stoffeigenschaften natürlicher Salzgesteine ist es aktuelles Ziel des vom Arbeitskreis 3.1 „Salzmechanik“ der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. in Bearbeitung befindlichen Kompendiums, die nach Stand von Wissenschaft und Technik bekannten Stoffeigenschaften natürlicher Salzgesteine und die zu ihrer Ermittlung und Quantifizierung eingesetzten Verfahren zur Versuchsvorbereitung, Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung beschreibend zusammenzustellen. In Struktur und Vorgehensweise folgt das Kompendium dem sogenannten „Dreieck der geomechanischen Aufgabenbereiche“.
Innerhalb des „Dreiecks“ bzw. des geomechanischen Instrumentariums zur Prognose und Bewertung des Trag- und Dichtigkeitsverhaltens untertägiger Hohlräume im Salzgebirge charakterisieren die im Rahmen des Kompendiums zusammengestellten Labor- und Feldversuche die erforderliche Datenbasis zur Beschreibung und Quantifizierung der Stoffeigenschaften. Die Stoffmodelle bilden das Bindeglied zwischen den experimentellen Untersuchungen zur Analyse und Quantifizierung der Materialeigenschaften einerseits und den zur Prognose und Bewertung des Trag- und Dichtigkeitsverhaltens eingesetzten numerischen Simulationen andererseits. Die in Ebene 3 und 4 des Dreiecks der geomechanischen Aufgabenbereiche anstehenden Aufgaben der Verifikation und Validation numerischer Simulationen und ihrer Anwendung auf Tragwerkskonstruktionen sind nicht Gegenstand des aktuell in Bearbeitung befindlichen Kompendiums.




