Bodenmechanik und Grundbau (eBook)
XVIII, 336 Seiten
Springer Berlin (Verlag)
978-3-540-34332-5 (ISBN)
Lehrbuch und Nachschlagewerk: kompakt und übersichtlich. Anhand der Beispiele mit Lösungen lassen sich Berechnungen praxisnah nachvollziehen. Dieses Buch beschreibt das Verhalten von Böden und Fels sowie grundbauliche Konzepte. Es ist 'normenfrei' und kann daher in allen Ländern genutzt werden. Geeignet für Theorie und Praxis. In den Prüfungen an der ETH-Zürich als Lösungshilfe zugelassen. Um aktuelle Themen und Forschungsergebnisse ergänzt.
Hans-Jürgen Lang, geboren am 30.5.1929, begann im Jahre 1949 sein Studium an der Abteilung für Bauingenieurwesen der ETH Zürich und schloss es 1954 mit dem Diplom als Dipl. Bauing. ETH ab.Von Mitte 1954 bis Ende 1956 war er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Erdbauabteilung der Versuchsanstalt für Wasser- und Erdbau der ETH Zürich (VAWE) tätig.Von 1957 bis 1968 arbeitete H.J.Lang in der Bauunternehmung Schafir & Mugglin AG. in Liestal und Zürich, zuletzt als Vizedirektor. Seine Arbeitsbereiche waren vor allem der Spezialtiefbau (insbesondere Tiefenverdichtung und Schlitzwände), aber auch Staudämme , so z.B. Mattmark (Schweiz) oder Tinajones (Peru). Am 1. 10. 1968 wurde H.J.Lang zum ordentlichen Professor für Grundbau und Bodenmechanik an der ETH Zürich und zum Direktor der VAWE gewählt. Nach 1970 war er Vorsteher des Institutes für Grundbau und Bodenmechanik, das nach der Trennung der VAWE aus der Erdbauabteilung der VAWE entstand. Er stand dem Institut bis 1989 vor, das im 1990 in Institut für Geotechnik der ETH umbenannt wurde. H.J.Lang war von 1978 bis 1980 Vorsteher (Dekan) der Abteilung für Bauingenieurwesen. Im Jahre 1996 wurde er als Professor emeritiert.
Jachen Huder wurde am 16.8.1922 geboren. Sein Studium an der Abteilung für Bauingenieurwesen an der ETH Zürich schloss er im Jahre 1949 als Dipl. Bauing. ETH ab. Von 1950 bis 1952 war J.Huder als Privat-Assistent von Prof. E. Meyer-Peter, dem damaligen Direktor der Versuchsanstalt für Wasser- und Erdbau an der ETH (VAWE), tätig. Seine Arbeit bestand dabei vor allem in der Berechnung von Staumauern. Von 1952 arbeitete J.Huder an der Erdbauabteilung der VAWE, zuletzt als wiss. Adjunkt, unterbrochen durch einen Aufenthalt am Norwegian Geotechnical Institute (NGI) in Oslo in den Jahren 1954 bis 1956. Im Jahre 1963 promovierte er an der ETH Zürich zum Dr. sc. Techn. mit einer Arbeit über die Scherfestigkeit strukturempfindlicher Böden (wie insbesondere Seekreide). 1971 wurde Jachen Huder zum a.o. Professor für Grundbau und Bodenmechanik an der ETH Zürich gewählt und 1977 zum o. Professor für das selbe Lehrgebiet. Er gehörte bis zu seiner Emeritierung im Jahre 1989 dem Institut für Grundbau und Bodenmechanik der ETH an. Jachen Huder war in der Baupraxis als Berater hoch geschätzt. Von 1978 bis 1984 war er Präsident der schweizerischen Gesellschaft für Boden- und Felsmechanik. Jachen Huder ist am 19.12.2008 verstorben.
Peter Amann wurde zum 1. April 1990 an die ETH Zürich als ordentlicher Professor für Grundbau und Bodenmechanik, Nachfolge Professor Jachen Huder, im gleichlautenden und anschließend umbenannten Institut für Geotechnik , berufen. Er emeritierte am 30. Juni 2003. Geboren 1941 in München studierte er Bauingenieurwesen an der TU Darmstadt, wo er, nach Tätigkeit in der Bauindustrie, 1975 im Fachbereich konstruktiver Ingenieurbau bei Prof. Herbert Breth promovierte. Nach mehrjähriger Tätigkeit in dessen Ingenieurbüro setzte Peter Amann diese als Berater und Gutachter im eigenen Unternehmen im In- und Ausland fort. Beispielhaft für die von ihm geotechnisch betreuten Gross-Projekte seien Gründungen schwerster Bauwerke in tiefen Baugruben, unterirdische Verkehrswege, Talsperren und Deponien genannt. Peter Amann hat seine praktischen Erfahrungen an der ETH in Lehre und Wissenschaft weiter aufbereitet und mit seinen Doktoranden in zahlreichen Dissertation und Veröffentlichungen wiedergegeben. Er war aktives Mitglied der Forschungskommissionen der ETH, des ASTRA und des STK sowie in Kommissionen des SIA, der SGBF und DGGT, des DIN und der European Co-Operation in Science and Technology (COST).
Alexander M. Puzrin ist seit dem 1. August 2004 ordentlicher Professor für Geotechnik am Institut für Geotechnik der ETH Zürich. Geboren im Jahr 1965 in Moskau (UdSSR) studierte er konstruktiven Ingenieurbau am Moskauer Institut für Bauingenieure (1982 bis 1987) und Angewandte Mathematik an der staatlichen Universität von Moskau (1990). Im Jahre 1997 erfolgte seine Promotion in der Geotechnik am Technion - der Israelischen Technischen Hochschule. Nach Forschungsaufenthalten als Post-Doktorand am Imperial College London, der Universität Oxford und der Universität Tokyo, trat er eine Anstellung als Dozent am Technion an, wo er 2001 zum a.o. Professor ernannt wurde. Im Jahre 2002 begann er seine Tätigkeit als a.o. Professor für Geotechnik am Georgia Institut für Technologie (USA). Er ist als Berater und Gutachter in zahlreichen geotechnischen Projekten in der Schweiz, USA, Russland und Israel beteiligt. In 2001 gewann Alexander Puzrin die Auszeichnung für hervorragende Lehre von Technion Studenten, in 2003 die Auszeichnung 'Outstanding Faculty Support Award' von GeorgiaTech Studenten und in 2009 - die 'Goldene Eule' - die Auszeichnung von den ETH Studenten für hervorragende Lehre.
Hans-Jürgen Lang, geboren am 30.5.1929, begann im Jahre 1949 sein Studium an der Abteilung für Bauingenieurwesen der ETH Zürich und schloss es 1954 mit dem Diplom als Dipl. Bauing. ETH ab.Von Mitte 1954 bis Ende 1956 war er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Erdbauabteilung der Versuchsanstalt für Wasser- und Erdbau der ETH Zürich (VAWE) tätig.Von 1957 bis 1968 arbeitete H.J.Lang in der Bauunternehmung Schafir & Mugglin AG. in Liestal und Zürich, zuletzt als Vizedirektor. Seine Arbeitsbereiche waren vor allem der Spezialtiefbau (insbesondere Tiefenverdichtung und Schlitzwände), aber auch Staudämme , so z.B. Mattmark (Schweiz) oder Tinajones (Peru). Am 1. 10. 1968 wurde H.J.Lang zum ordentlichen Professor für Grundbau und Bodenmechanik an der ETH Zürich und zum Direktor der VAWE gewählt. Nach 1970 war er Vorsteher des Institutes für Grundbau und Bodenmechanik, das nach der Trennung der VAWE aus der Erdbauabteilung der VAWE entstand. Er stand dem Institut bis 1989 vor, das im 1990 in Institut für Geotechnik der ETH umbenannt wurde. H.J.Lang war von 1978 bis 1980 Vorsteher (Dekan) der Abteilung für Bauingenieurwesen. Im Jahre 1996 wurde er als Professor emeritiert.Jachen Huder wurde am 16.8.1922 geboren. Sein Studium an der Abteilung für Bauingenieurwesen an der ETH Zürich schloss er im Jahre 1949 als Dipl. Bauing. ETH ab. Von 1950 bis 1952 war J.Huder als Privat-Assistent von Prof. E. Meyer-Peter, dem damaligen Direktor der Versuchsanstalt für Wasser- und Erdbau an der ETH (VAWE), tätig. Seine Arbeit bestand dabei vor allem in der Berechnung von Staumauern. Von 1952 arbeitete J.Huder an der Erdbauabteilung der VAWE, zuletzt als wiss. Adjunkt, unterbrochen durch einen Aufenthalt am Norwegian Geotechnical Institute (NGI) in Oslo in den Jahren 1954 bis 1956. Im Jahre 1963 promovierte er an der ETH Zürich zum Dr. sc. Techn. mit einer Arbeit über die Scherfestigkeit strukturempfindlicher Böden (wie insbesondere Seekreide). 1971 wurde Jachen Huder zum a.o. Professor für Grundbau und Bodenmechanik an der ETH Zürich gewählt und 1977 zum o. Professor für das selbe Lehrgebiet. Er gehörte bis zu seiner Emeritierung im Jahre 1989 dem Institut für Grundbau und Bodenmechanik der ETH an. Jachen Huder war in der Baupraxis als Berater hoch geschätzt. Von 1978 bis 1984 war er Präsident der schweizerischen Gesellschaft für Boden- und Felsmechanik. Jachen Huder ist am 19.12.2008 verstorben.Peter Amann wurde zum 1. April 1990 an die ETH Zürich als ordentlicher Professor für Grundbau und Bodenmechanik, Nachfolge Professor Jachen Huder, im gleichlautenden und anschließend umbenannten Institut für Geotechnik , berufen. Er emeritierte am 30. Juni 2003. Geboren 1941 in München studierte er Bauingenieurwesen an der TU Darmstadt, wo er, nach Tätigkeit in der Bauindustrie, 1975 im Fachbereich konstruktiver Ingenieurbau bei Prof. Herbert Breth promovierte. Nach mehrjähriger Tätigkeit in dessen Ingenieurbüro setzte Peter Amann diese als Berater und Gutachter im eigenen Unternehmen im In- und Ausland fort. Beispielhaft für die von ihm geotechnisch betreuten Gross-Projekte seien Gründungen schwerster Bauwerke in tiefen Baugruben, unterirdische Verkehrswege, Talsperren und Deponien genannt. Peter Amann hat seine praktischen Erfahrungen an der ETH in Lehre und Wissenschaft weiter aufbereitet und mit seinen Doktoranden in zahlreichen Dissertation und Veröffentlichungen wiedergegeben. Er war aktives Mitglied der Forschungskommissionen der ETH, des ASTRA und des STK sowie in Kommissionen des SIA, der SGBF und DGGT, des DIN und der European Co-Operation in Science and Technology (COST).Alexander M. Puzrin ist seit dem 1. August 2004 ordentlicher Professor für Geotechnik am Institut für Geotechnik der ETH Zürich. Geboren im Jahr 1965 in Moskau (UdSSR) studierte er konstruktiven Ingenieurbau am Moskauer Institut für Bauingenieure (1982 bis 1987) und Angewandte Mathematik an der staatlichen Universität von Moskau (1990). Im Jahre 1997 erfolgte seine Promotion in der Geotechnik am Technion - der Israelischen Technischen Hochschule. Nach Forschungsaufenthalten als Post-Doktorand am Imperial College London, der Universität Oxford und der Universität Tokyo, trat er eine Anstellung als Dozent am Technion an, wo er 2001 zum a.o. Professor ernannt wurde. Im Jahre 2002 begann er seine Tätigkeit als a.o. Professor für Geotechnik am Georgia Institut für Technologie (USA). Er ist als Berater und Gutachter in zahlreichen geotechnischen Projekten in der Schweiz, USA, Russland und Israel beteiligt. In 2001 gewann Alexander Puzrin die Auszeichnung für hervorragende Lehre von Technion Studenten, in 2003 die Auszeichnung "Outstanding Faculty Support Award" von GeorgiaTech Studenten und in 2009 – die „Goldene Eule“ – die Auszeichnung von den ETH Studenten für hervorragende Lehre.
Inhaltsverzeichnis 12
1 Grundbegriffe 19
1.1 Einführung 19
1.2 Die Korngrössenverteilung 19
1.3 Die Kenngrössen des Naturzustandes 21
1.4 Weitere, abgeleitete Kenngrössen 21
1.5 Die Lagerungsdichte D 22
1.6 Der Durchlässigkeitsbeiwert k 22
1.7 Die Plastizitätseigenschaften der Böden 24
1.8 Die Liquiditätszahl IL 24
1.9 Die Aktivitätszahl IA 26
1.10 Die Struktur der Böden 26
1.11 Klassifikation der Böden 28
2 Totale und effektive Spannungen 31
2.1 Einführung 31
2.2 Spannungen imelastischisotropen Halbraum 31
2.3 Totale Spannung, Porenwasserdruck und effektive Spannung 33
2.4 Spannungsänderungen und Porenwasserüberdruck 35
2.5 Porenwasserdruck im teilweise gesättigten Boden 37
2.6 Spannungsverhältnisse in unbelasteten und belasteten geschichteten Böden 38
2.7 Der Ruhedruck 40
2.8 Spannungen durch Kapillarkräfte 41
3 Spannungsausbreitung im Boden 43
3.1 Einführung 43
3.2 Einfluss einer vertikalen Einzelkraft P 44
3.3 Einfluss einer horizontalen Einzelkraft H 46
3.4 Einfluss von Linienlasten 47
3.5 Unendlich lange Streifenlasten 47
3.6 Allgemeine Flächenlasten 49
3.7 Berechnung mit Hilfstafeln 51
3.8 Berechnung mit Einflusskarten 51
3.9 Randbedingungen in der Natur 53
4 Künstliche Verdichtung von Böden 55
4.1 Einführung 55
4.2 Die Zustandsdarstellung 56
4.3 Die Proctorkurve 56
4.4 Einfluss der Bodenart 57
4.5 Eigenschaften des verdichteten Bodens 58
4.6 Verdichtungskontrolle 60
4.7 Beurteilung der Brauchbarkeit gegebener Böden als Dammschüttmaterial 61
4.8 Böden mit Überkorn 61
4.9 Beeinflussung des Wassergehaltes 63
4.10 Auswirkungen der Verdichtung auf den Spannungszustand im Boden 64
4.11 Maschinelle Verdichtung 66
5 Formänderungseigenschaften der Böden 67
5.1 Das Verhalten eines elastischen Materials und von Böden 67
5.2 Der Zusammendrückungsmodul MEbzw. Ev und der Steifemodul Es 69
5.3 Der Ödometerversuch: Das Zusammendrückungsdiagramm 70
5.4 Der Kompressionsbeiwert Cc 71
5.5 Normal und überkonsolidierte Böden 72
5.6 Die Zeit-Setzungs-Kurve aus dem Ödometerversuch 73
5.7 Der Konsolidationsgrad U 74
5.8 Die Konsolidationstheorie 74
5.9 Die Verteilung der Porenwasserüberdrücke innerhalb der konsolidierenden Tonschicht 78
5.10 Näherungsverfahren für beliebige Randbedingungen 79
5.11 Die Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwertes k von gesättigten Tonen 81
5.12 Mehrdimensionale Konsolidation 81
5.13 Mehrschichtprobleme 83
5.14 Nichtplötzliche Belastung 84
5.15 Beschleunigung des Konsolidationsvorganges 85
5.16 Kontrollen des Konsolidationsvorganges 86
5.17 Deformationen, deren Verlauf nicht mittels der Konsolidationstheorie ermittelt werden kann 86
6 Festigkeitseigenschaften der Böden 89
6.1 Einführung 89
6.2 Das Bruchgesetz von Mohr-Coulomb 89
6.3 Die Darstellung des Bruchkriteriums im p., q-Diagramm 90
6.4 Versuche zur experimentellen Ermittlung der Scherparameter 91
6.5 Das Prinzip des triaxialen Scherversuches 93
6.6 Der triaxiale KD-Versuch 93
6.7 Der triaxiale KU-Versuch 93
6.8 Scherfestigkeit körniger Böden 95
6.9 Scherfestigkeit bindiger Böden (Tone) 97
6.10 Grenzgleichgewichtszustände 99
6.11 Scherdeformationen von Böden 101
6.12 Abschätzen des Scherwinkels f. 103
7 Einflüsse des Grundwassers im Boden 105
7.1 Das Strömungsnetz 105
7.2 Die Bestimmung des k-Wertes 107
7.3 Wasserdrücke im ruhenden Grundwasser 111
7.4 Der Strömungsdruck 111
7.5 Der Druckabbau beim Durchströmen von Schichtpaketen, bestehend aus Schichten unterschiedlicher Durchlässigkeit 113
7.6 Die Anisotropie geschichteter Böden 114
7.7 Wasserdrücke im strömenden Grundwasser 114
7.8 Der hydraulische Grundbruch 117
7.9 Verminderung des Druckes im Grundwasser (Entspannung) 120
7.10 Messsysteme zurMessung des Potenzials 121
7.11 Wasserhaltung in Baugruben 123
7.12 Innere Erosion und Filter 125
8 Setzungsberechnung 127
8.1 Einführung 127
8.2 Prinzip der Setzungsberechnung 127
8.3 Setzungsberechnung in Tabellenform 129
8.4 Einflusstiefe der Zusatzbelastung 130
8.5 Berücksichtigung von kombinierten Be- und Entlastungen 131
8.6 Auftrieb und Gebäudegewicht 132
8.7 Gewichtsausgleich 133
8.8 Vorbelastung 133
8.9 Überbelastung 134
8.10 Schlaffe und starre Lasten 136
8.11 Setzungsdifferenzen 137
8.12 Zulässige Setzungen und Setzungsdifferenzen 138
8.13 Schwerpunktverlagerung und Stabilität von hohen Bauwerken 138
9 Stabilitätsprobleme 141
9.0 Problemstellung 141
9.0.1 Einführung 141
9.0.2 Die gemeinsamen Eigenschaften der Stabilitätsprobleme 141
9.0.3 Die Lösung des Stabilitätsproblems 142
9.1 Böschungsstabilität 143
9.1.1 Einführung 143
9.1.2 Vereinfachungen gegenüber der Natur 145
9.1.3 Die schwedischeMethode der Stabilitätsberechnung 146
9.1.4 Die Einflüsse desWassers 148
9.1.5 Das vereinfachte Verfahren nach Bishop 151
9.1.6 Das vereinfachte Verfahren nach Janbu 151
9.1.7 Die Praxis der Stabilitätsberechnung 153
9.1.8 Die unendlich lange Böschung in einem Reibungsmaterial 154
9.1.9 Die allgemeine Berechnung des Sicherheitsgrads 154
9.1.10 Diekinematischen Methoden von Culmann und Taylor 155
9.1.11 Hilfsmittel zur Ermittlung der Standsicherheit einfacher Böschungen im homogenen Boden 157
9.1.12 Geometrie des Bruches andere Methoden
9.1.13 Einführung von Ankerkräften in die Stabilitätsberechnung 160
9.2 Tragfähigkeit 160
9.2.1 Einführung 160
9.2.2 Problemstellung 161
9.2.3 Die Näherungsmethoden für den undrainierten Zustand 161
9.2.4 Die statischeMethode für den drainierten Zustand 162
9.2.5 Die allgemeine Tragfähigkeitsformel 163
9.2.6 Die Tragfähigkeitsfaktoren Nc,Nq und N. 164
9.2.7 Allgemeines und örtliches Abscheren 165
9.2.8 Einflüsse des Porenwasserdruckes 166
9.2.9 Grösse der Sicherheit Fstat 166
9.2.10 Andere Randbedingungen 166
9.2.11 Exzentrizität des Lastangriffes 167
9.2.12 Formfaktoren s 168
9.2.13 Tiefenfaktoren d 168
9.2.14 Lastneigungsfaktoren i 168
9.2.15 Geländeneigungsfaktoren g 168
9.2.16 Fundamentneigungsfaktoren b. 169
9.2.17 Undrainierte Belastung(f = 0) 169
9.2.18 Abgleiten des Fundamentes auf der Fundamentsohle 170
9.2.19 Der Begriff der „zulässigen Bodenpressung“ 171
9.3 Erddruck 171
9.3.1 Einführung 171
9.3.2 Die Erddrucktheorie von Rankine 172
9.3.3 Deformationen und Erddruck 172
9.3.4 Verteilung des Erddruckes 173
9.3.5 Wirkung der Kohäsion 174
9.3.6 Kurzfristige Stabilität und Wirkung des Grundwassers 175
9.3.7 Die Erddrucktheorie von Coulomb 175
9.3.8 Der Erddruck als Stabilitätsproblem (nach Coulomb) 176
9.3.9 Der Einfluss der Kohäsion 178
9.3.10 Der Einfluss von Auflasten auf dem Gelände 180
9.3.11 Der Einfluss der Wandreibung 180
9.3.12 Zusammenfassung der Näherungsverfahren und Einflüsse 181
9.3.13 Allgemeine Randbedingungen 181
9.3.14 Grafische Ermittlung des Erddruckes 182
9.3.16 Erddruck in geschichteten Böden 183
9.3.17 Erddruck auf eine Winkelstützmauer 185
9.3.18 Abschirmung des Erddruckes 186
9.3.19 Einfluss des Wassers auf den Erddruck 187
9.3.20 Erddruck-Umlagerung 187
9.3.21 Gewölbewirkung 188
10 Vertikale Baugrubenabschlüsse 191
10.1 Problemstellung 191
10.2 Übersicht über die wichtigsten Wandsysteme 191
10.3 Belastungen der Wände 195
10.4 Bauzustände 197
10.5 Die nicht abgestützte, im Boden eingespannte Wand 198
10.6 Die einfach abgestützte Wand 200
10.7 Mehrfach abgestützteWand 205
10.8 Erdwiderstand vor schmalen Druckflächen 206
10.9 Systemsicherheit und Abstützungen 207
11 Die Sohldruckverteilung unter Fundamenten 209
11.1 Einführung 209
11.2 Allgemeiner Grundsatz 209
11.3 Die relative Steifigkeit K 210
11.4 Das Spannungstrapezverfahren 211
11.5 Das Bettungsmodulverfahren (Bettungszifferverfahren) 212
11.6 Der Bettungsmodul ks 214
11.7 Das Steifezahlverfahren 216
11.8 Bemerkungen zu den Verfahren 218
11.9 Das starre Fundament 219
12 Tiefgründung 221
12.1 Einführung 221
12.2 Baugrundverbesserung 221
12.3 Pfahlarten 223
12.4 Der Lasttransport in Pfählen 224
12.5 Die Abschätzung von Spitzenwiderstand und Mantelreibung 225
12.6 Die negative Mantelreibung 226
12.7 Rammpfähle in sensitiven Böden 228
12.8 Die Setzung von Einzelpfählen 228
12.9 Die Gruppenwirkung 231
12.10 Die horizontale Belastung von Pfählen 231
13 Sicherheitsüberlegungen 235
13.1 Einführung 235
13.2 Stabilitätsprobleme 236
13.3 Böschungsstabilität 239
13.4 Tragfähigkeit von Fundamenten 240
13.5 Erddruckprobleme 241
13.6 Abgleiten und Kippen von Fundamenten 244
13.7 Hydraulischer Grundbruch 244
13.8 Auftriebssicherheit von Bauwerken 244
13.9 Deformationen (Setzungen) 245
13.10 Zusammenfassung 245
14 Ausgewählte Beispiele 247
14.0 Einführung 247
14.1 Die einfach abgestützte Wand: Einflüsse des Wassers 247
14.2 Hydraulischer Grundbruch und Auftrieb 255
14.3 Der Einfluss der Spannungsgeschichte am Beispiel der Vorbelastung 257
14.4 Stabilitätsberechnung nach Janbu 262
14.5 Aktiver und passiver Erddruck: Allgemeinere Randbedingungen 267
15 Tropische Böden 275
15.1 Einführung 275
15.2 Das Residualprofil 275
15.3 Die Verwitterung 275
15.4 Neubildungen 277
15.5 Die Klassifikation tropischer Böden 277
15.6 Die äusseren Einflüsse als System-Bestandteile 278
15.7 Die Erosion 279
16 Boden und Fels 285
16.1 Einführung 285
16.2 Grundeigenschaften von Boden und Fels 285
16.3 Trennflächengefüge und Gefügemodell 287
16.4 Lösen und Verdichten von Fels 288
16.5 Formänderungseigenschaften von Fels 289
16.6 Festigkeitseigenschaften von Fels 291
16.7 Eigenspannungen im Gebirge 293
17 Beispiele 295
17.0 Einführung 295
17.1 Kenngrössen für Böden 295
17.2 Kenngrössen des Naturzustandes, Volumenbilanz 297
17.3 Totale und effektive Spannungen 297
17.4 Festigkeitseigenschaften und einfachste Stabilitätsberechnung 300
17.5 Undrainierte Scherfestigkeit su 301
17.6 Künstliche Verdichtung 302
17.7 Setzungsberechnung, Kompressionsbeiwert Cc 303
17.8 Setzungsberechnung, Spannungsgeschichte 304
17.9 Eindimensionale Konsolidation 308
17.10 Hydraulische Aspekte einer Baugrube 309
17.11 Sohlpressung von Fundamenten 310
17.12 Stabilitätsberechnung, Einfluss von Porenwasserüberdrücken 312
17.13 Stabilitätsfaktoren 315
17.14 Erddruck und Tragfähigkeit 316
17.15 Pfahlfundation 318
17.16 Nicht abgestützte vertikale Wand 319
17.17 Einfach abgestützte vertikale Wand 321
17.18 Mehrfach abgestützte vertikale Wand 323
17.19 Bestimmung des k-Wertes aus einem Pumpversuch 324
17.20 Grundwasserabsenkung mit einer Mehrbrunnenanlage 325
17.21 Standsicherheit einer Felsböschung 328
Anhang 331
Tabelle A bis E Spannungsverteilungen im Baugrund 331
Tabelle F Setzung des kennzeichnenden Punktes K 336
Tabelle G Sohlpressungen unter einer Fundamentplatte 337
Tabelle H1 bis H8 Konsolidation 337
Literatur 345
Sachverzeichnis 351
13 Sicherheitsüberlegungen (S. 218)
13. 1 Einführung
Auch im Grundbau sind Sicherheitsüberlegungen notwendig und üblich. Gewisse Risikenwerden durch Bemessung berücksichtigt, d. h. es wird gefordert, dass eine tatsächlich auftretende Grösseumeinen Faktor 1/F kleiner sei alsdie zugehörige Bemessungsgrösse (Beispiel:Die wirklich auftretende Schubspannung ô entlang einer Bruch. äche im Boden soll kleiner oder höchstens gleich sein als (1/F)ôf, wo ôf die Scherfestigkeit des Bodens ist). Die Grösse F wird üblicherweise als Sicherheitsgrad bezeichnet. Wichtig ist weiterhin die Erkenntnis, dass es im Grundbau üblich ist, andere Risiken durch Überwachung und Kontrollen zu berücksichtigen.
Die Problematik derartiger Sicherheitsüberlegungen im Grundbau besteht einmal darin, die tatsächlich auftretende Grösse zu prognostizieren, und zum anderen in der Festlegung der Bemessungsgrösse. Das erstgenannte Problem enthält zum Beispiel die Voraussage einer Schubspannung, die in einem bestimmten Punkt auftritt. Dazu ist zunächst die Kenntnis der äusseren Belastungen (Bauwerk ...) notwendig. Dieser Faktorbereitet im Grundbau im Allgemeinen am wenigsten Sorgen, weil Bauwerkabmessungen und -belastungen meistens bekannt sind. Weiterhin ist dafür in vielen Fällen die Kenntnis des ursprünglichen Spannungszustandes in einem Punkt im Boden notwendig.
Die hier auftretenden Schwierigkeiten sind bedeutend grösser. Sie lassen sich, wo überhaupt erforderlich, im Allgemeinen nur durch Annahmen überbrücken. Eine derartige Annahme ist häufig die Voraussetzung eines Bruchzustandes im Boden, d. h. die Annahme, dass entlang einer kinematisch möglichen Bruch. äche im Boden die Scherfestigkeit des Bodens voll mobilisiert ist. Das schwierigsteProblembildet jedoch im Allgemeinen die Quantierzierung der Bemessungsgrösse, d. h. einer Bodeneigenschaft. Der Boden ist nun einmal kein „Normmaterial". Die Quantierzierung der Bemessungsgrössen ist die anspruchsvollste Aufgabe des Ingenieurs im Grundbau. Sie gehört zur Bildung des „Baugrund- Modells" für jeden Einzelfall. Das Baugrundmodell umfasst normalerweise idealisierte Vorstellungen über den Aufbau des Baugrundes (Schichten...), die hydrologischen Verhältnisse und die Quantierzierung der Bemessungsgrössen, d. h. derBodeneigenschaftenwie z. B. Scherfestigkeitsparameter, Spannungs-Verformungs- Verhalten, Durchlässigkeit u. a. m. , und stellt die Grundlage der geotechnischen Synthese dar.
Solche Sicherheitsüberlegungen sind imGrundbau normalerweise u. a. notwendig bei folgenden Problemen:
—Stabilitätsprobleme (Gleitsicherheit einer Böschung, Überschreiten der Tragfähigkeit des Bodens, Erddruck, statischer Grundbruch),
—Deformationsprobleme (Setzungen, ...),
—hydraulische Stabilität einer Baugrubensohle,
—Auftrieb von Bauwerken.
Diese Probleme lassen sich nicht mit Hilfe einer einheitlichen Sicherheitsdefinition behandeln. Weiter oben wurde schon gesagt, dass es im Grundbau nicht ungewöhnlich ist, gewisse Risiken eher durch Kontrolle usw. zu berücksichtigen als durch Bemessung. Diese Aussage gilt auch insoweit, als manchmal niedrige Sicherheitsgrade akzeptabel sind, sofern darüber hinausgehende Risiken durch Kontrollen und Überwachung abgedeckt sind. SolcheMassnahmen können direkt zum Baugrundmodell gehören (Beispiel: Garantie eines max. Porenwasserdruckes durchMessung und gegebenenfalls Entspannung des Porenwassers).
Ein Grund dafür, dass Kontrollen usw. zum gewohnheitsmässigen Arsenal des Grundbaues zählen, ist darin zu suchen, dass eine wirtschaftlich vertretbare Erkundung der geotechnischen Verhältnisse nicht immer vor Überraschungen schützen kann. Freilich haben Kontrollen allein noch keine Wirkung. Für jeden Kontrollpunkt muss eine „Alarmgrenze" festgelegt sein, bei deren Überschreiten vorbereitete Abhilfemassnahmen unverzüglich in die Tat umgesetzt werden können.
| Erscheint lt. Verlag | 31.5.2007 |
|---|---|
| Zusatzinfo | XVIII, 336 S. 364 Abb. |
| Verlagsort | Berlin |
| Sprache | deutsch |
| Themenwelt | Technik ► Bauwesen |
| Schlagworte | Baugrube • Baugrubenabschlüsse • Bauingenieurwesen • Bauwesen • Böden • Fels • Festigkeitseigenschaft • Fundament • Fundamente • Grundbau • Gründung • Grundwasser • Setzungsberechnung • Sicherheit • Sohldruckverteilung • Spannungsausbreitung • Stabilitätsprobleme • Tiefbau • Tiefgründung • Tore • Trennung |
| ISBN-10 | 3-540-34332-6 / 3540343326 |
| ISBN-13 | 978-3-540-34332-5 / 9783540343325 |
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