Grundbau-Taschenbuch, Teil 1 (eBook)

Geotechnische Grundlagen

Karl Josef Witt (Herausgeber)

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2017 | 8. Auflage
Wiley-VCH (Verlag)
9783433607244 (ISBN)

Infos

Das Grundbau-Taschenbuch hat seit über 60 Jahren zum Ziel, Entwicklungen, neue Erfahrungen und Erkenntnisse, Berechnungs- und Nachweismethoden für die Belange der Baupraxis umfassend zusammenzutragen und transparent zu vermitteln. Auch die 8. Auflage setzt das Format konsequent fort und bringt den aktuellen Stand der Wissenschaft und der Technik auf dem Gebiet des geotechnischen Ingenieurwesens in seinen wesentlichen Sparten zusammen.
Der Teil 1 'Geotechnische Grundlagen' behandelt die Grundsätze der Sicherheitsnachweise, die Erkundung des Baugrundes, die physikalischen Eigenschaften von Boden und Fels, ihre Ermittlung und Bewertung, ihre Berücksichtigung in Stoffgesetzen und in konventionellen sowie numerischen Berechnungsmethoden, die Grundlagen der Bodendynamik, Phänomene der Massenbewegungen, den Umgang mit Schadstoffen im Boden und Grundwasser und die Methoden sowie Dokumentationsmöglichkeiten der Bauwerksbeobachtung. Die meisten Beiträge wurden grundlegend überarbeitet, einige von neuen Autoren oder Koautoren. Neu hinzugekommen ist das Kapitel 'Statistik und Probabilistik in der geotechnischen Bemessung'.

Autor

Prof. Dr.-Ing. Karl Josef Witt ist Inhaber der Professur Grundbau an der Bauhaus-Universität Weimar. Die Forschungsthemen sind fokussiert auf Sicherheit und Zuverlässigkeit geotechnischer Bauwerke, Prozesse der inneren Erosion von Böden und auf Fragen der Umweltgeotechnik. Er arbeitet in mehreren Fachgremien und Ausschüssen mit und ist Obmann des AK "Geotechnik der Deponiebauwerke" der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT). Die Nähe zur Praxis hält er als gefragter Sachverständiger und Prüfingenieur für Erd- Grund- und Felsbau.

Inhalt

Cover 1
Vortitel 3
Titelseite 5
Copyrightseite 6
Vorwort 7
Inhaltsverzeichnis 9
Autoren-Kurzbiografien 21
Verzeichnis der Autoren 27
1.1 Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau 31
1. Einführung 31
1.1 Allgemeines 31
1.2 Historischer Rückblick 34
2. Sicherheitskonzepte 39
2.1 Allgemeines 39
2.2 Globales Sicherheitskonzept 39
2.3 Teilsicherheitskonzept 40
3. Aufbau und Inhalte des Normenhandbuchs 41
3.1 Allgemeines 41
3.2 Inhaltsübersicht 41
3.3 Anwendungsbereich 43
3.4 Geotechnische Planung 43
3.5 Wichtige Begriffe der neuen Sicherheitsnorm 45
4. Grenzzustände und Nachweise 58
4.1 Allgemeines 58
4.2 Grenzzustände der Tragfähigkeit ULS 58
4.3 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit SLS 64
4.4 Teilsicherheitsbeiwerte nach Normenhandbuch 65
5. Zukünftige Normung im Umfeld des EC 7 68
5.1 Entwicklung in Deutschland 68
5.2 Entwicklung in Europa 70
6. Zitierte Normen und Empfehlungen 72
7. Literatur 74
1.2 Baugrunduntersuchungen im Feld 75
1. Grundlagen 75
1.1 Normen und Richtlinien 75
1.2 Voruntersuchung 78
1.3 Hauptuntersuchung 78
1.4 Berichterstattung 82
2. Baugrundaufschluss durch Schürfe, Bohrungen und Probenentnahmen 83
2.1 Allgemeines 83
2.2 Bohrgeräte und Ausrüstung 84
2.3 Anforderungen 84
2.4 Aufschluss im Boden 85
2.5 Aufschluss im Fels 90
2.6 Aufschluss der Grundwasserverhältnisse 93
2.7 Behandlung, Transport und Aufbewahrung der Proben 96
2.8 Berichterstattung 96
3. Baugrundaufschluss durch Sondierungen 97
3.1 Allgemeines 97
3.2 Rammsondierungen 99
3.3 Standard Penetration Test und Bohrlochrammsondierung 105
3.4 Drucksondierungen 111
3.5 Flügelscherversuche 121
3.6 Gewichtssondierungen 124
4. Bohrlochaufweitungsversuche 128
4.1 Geräte und Versuchsdurchführung 128
4.2 Auswertung 134
5. Bestimmung der Dichte 140
5.1 Gravimetrische Verfahren 140
5.2 Radiometrische Verfahren 141
6. Geophysikalische Verfahren 143
6.1 Allgemeines 143
6.2 Beschreibungen der wichtigsten Verfahren 148
7. Literatur 151
8. Normen und Richtlinien 165
1.3 Eigenschaften von Boden und Fels – ihre Ermittlung im Labor 169
1. Boden und Fels – Begriffe und Entstehung 169
2. Eigenschaften der Böden 170
2.1 Bodenschichten 170
2.2 Bodenproben 170
2.3 Durchführen und Auswerten von Laborversuchen 171
2.4 Bodeneigenschaften und Laborversuche 174
3. Eigenschaften von Fels 174
4. Kennwerte und Eigenschaften der festen Bodenkörner 175
4.1 Korngrößenverteilung 175
4.2 Korndichte 178
4.3 Mineralaufbau 179
4.4 Kornform und Kornrauigkeit 181
4.5 Spezifische Kornoberfläche 181
4.6 Gehalt an organischen Bestandteilen 182
4.7 Kalkgehalt 183
5. Kennwerte und Eigenschaften des Kornhaufens 183
5.1 Gefüge des Boden 183
5.2 Porenanteil und Porenzahl 184
5.3 Ermittlung der Dichte des Bodens 188
5.4 Grenzen der Lagerungsdichte 188
5.5 Wassergehalt 190
5.6 Konsistenzgrenzen 190
5.7 Wasseraufnahmevermögen nach Enslin 193
5.8 Verdichtungsverhalten in Abhängigkeit vom Wassergehalt 194
5.9 Absolute Porengröße und Filterwirkung 196
5.10 Kapillarität 197
5.11 Wasserdurchlässigkeit 200
5.12 Luftdurchlässigkeit 204
6. Versuche zur Ermittlung des Spannungs-Verformungs-Verhaltens 205
6.1 Allgemeines 205
6.2 Kompressionsversuch (Druckversuch mit verhinderter Seitendehnung) 208
6.3 Dreiaxialer Druckversuch 218
6.4 Einaxialer Druckversuch 222
6.5 Dreiaxialer Druckversuch mit ?2 ? ?3 und zweiaxialer Druckversuch 222
6.6 Hohlzylinderversuch 223
6.7 Messen von Kriechverformungen 223
7. Scherfestigkeit Ermittlung der Scherparameter
7.1 Allgemeines 225
7.2 Dreiaxialer Druckversuch 232
7.3 Ermittlung der einaxialen Druckfestigkeit 235
7.4 Rahmenscherversuch 236
7.5 Kreisringscherversuch 236
7.6 Versuch mit dem „Einfachschergerät“ (simple shear) 237
8. Ermittlung der Zugfestigkeit 238
9. Eigenschaften von Festgestein – felsmechanische Laborversuche 238
9.1 Vorbemerkung 238
9.2 Einaxialer Druckversuch an Gesteinsproben 239
9.3 Punktlastversuche an Gesteinsproben 239
9.4 Dreiaxialer Druckversuch an Gesteinsproben 240
9.5 Scherwiderstand in Felstrennflächen 243
9.6 Festigkeit des geklüfteten Fels 244
9.7 Zugversuche an Gesteinsproben 245
9.8 Kriechversuche an Gesteinsproben 245
9.9 Einaxiale Relaxationsversuche an Gesteinsproben 246
9.10 Quellversuche an Gesteinsproben 246
9.11 Ermittlung der Zerfallsbeständigkeit von Gesteinen – Siebtrommelversuch 247
10. Benennen, Beschreiben und Klassifikation von Boden und Fels 248
10.1 Benennen und Beschreiben von Boden 248
10.2 Benennen und Beschreiben von Fels 250
10.3 Bodenklassifikation 253
10.4 Felsklassifikation 256
11. Literatur 262
1.4 Statistik und Probabilistik in der geotechnischen Bemessung 273
1. Einleitung 273
2. Sicherheit und Zuverlässigkeit in der geotechnischen Bemessung 274
2.1 Begriffe und Überblick 274
2.2 Teilsicherheitsbeiwerte und probabilistische Bemessung 277
2.3 Grundlagen der Statistik 279
2.4 Grundlagen der Geostatistik 282
3. Grundlagen der probabilistischen Methoden 286
3.1 Bewertung der Unsicherheit von Systemen 286
3.2 Monte-Carlo-Simulation 289
3.3 First Order Reliability Method 289
3.4 Antwortflächenverfahren 289
3.5 Sensitivitätsanalyse 290
4. Komplexe Fragestellungen der probabilistischen Bemessung 290
5. Berücksichtigung von Messungen in einer probabilistischen Analyse im Rahmen der Beobachtungsmethode 291
5.1 Datenassimilation und inverse Analyse 291
5.2 Probabilistische Analyse von Bestandsbauwerken 291
6. Anwendung von probabilistischen Methoden in der Geotechnik 292
6.1 Teilsicherheitskonzept in der DIN EN 1997-1 (EC 7, Teil 1) 292
6.2 Regelungen in den nationalen Anhängen des EC 7 294
6.3 Literaturüberblick zur probabilistischen Bemessung 295
7. Zusammenfassung 299
8. Literatur 301
Normen, Empfehlungen und Richtlinien 307
9. Anhang 308
9.1 Statistische Momente 308
9.2 Maximum-Likelihood-Methode 308
9.3 Zusammenhang zwischen Normalverteilung und Log-Normalverteilung 310
9.4 Bayes’sches Updaten 311
9.5 Variogramm 312
9.6 FORM 314
1.5 Charakterisierung von Schadstoffen im Baugrund und Grundwasser 317
1. Grundlagen 317
2. Anorganische Matrix des Untergrunds 318
3. Organische Matrix des Untergrunds 319
4.. Schadstoff 322
5. Anorganische Schadstoffe 324
6. Organische Schadstoffe 326
6.1 Allgemeines 326
6.2 Mineralölartige Kohlenwasserstoffe (KW-Index) 326
6.3 Einkernige aromatische Kohlenwasserstoffe 329
6.4 Mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffe 332
6.5 Halogenierte Kohlenwasserstoffe 332
7. Bewertungsmatrix 334
8. Untersuchungserfordernisse 336
9. Untersuchungsplanung 337
10. Grundlagen der Bewertung 338
10.1 Allgemeines 338
10.2 Bewertung von Verdachtsflächen 338
10.3 Arbeits- und Gesundheitsschutz 340
10.4 Gefährdungen über Bodenluft 341
10.5 Verwertungsmöglichkeiten oder Entsorgungserfordernisse 341
11. Literatur 344
1.6 Erddruck 347
1. Einführung 347
2. Begriffe, Formelzeichen und Indizes 348
2.1 Begriffe 348
2.2 Formelzeichen 349
2.3 Indizes 350
3. Methoden zur Ermittlung des Erddrucks 351
3.1 Übersicht 351
3.2 Kinematische Methoden beim aktiven Erddruck 352
3.3 Kinematische Methoden beim passiven Erddruck 355
3.4 Statische Methoden 359
3.5 Versuche und Messungen 365
3.6 Finite-Elemente-Methode 378
4. Ebener aktiver Erddruck 393
4.1 Grundsätzliche Überlegungen 393
4.2 Bodeneigengewicht, großflächige Auflasten und Kohäsion 395
4.3 Kohäsion, rechnerische Zugspannungen und Mindesterddruck 397
4.4 Vertikale Linien- und Streifenlasten 401
4.5 Horizontale Linien- und Streifenlasten 407
4.6 Geschichteter Boden 407
4.7 Geknickter Geländeverlauf 409
4.8 Geknickte Wandflächen 410
4.9 Verteilung des aktiven Erddrucks 411
5. Erdruhedruck 411
5.1 Bodeneigengewicht und großflächige Auflasten 411
5.2 Punkt-, Linien- und Streifenlasten 416
6. Ebener passiver Erddruck 420
6.1 Grundsätzliche Überlegungen 420
6.2 Eigengewicht, großflächige Auflasten und Kohäsion bei Parallelbewegung 421
6.3 Drehung um den Kopf- oder den Fußpunkt 425
6.4 Verteilung des passiven Erddrucks 427
7. Räumlicher aktiver Erddruck 428
7.1 Grundsätzliche Überlegungen 428
7.2 Kreiszylindrische Flächen 430
7.3 Stützwände quer zur Böschung 433
8. Räumlicher passiver Erddruck 435
8.1 Übersicht 435
8.2 Fußwiderstand vor Bohlträgern nach Weißenbach 436
8.3 Verfahren nach DIN 4085 für begrenzte Wandabschnitte 438
9. Sonderfälle 439
9.1 Verdichtungserddruck 439
9.2 Silodruck 441
9.3 Wiederholte quasistatische Beanspruchungen 443
9.4 Dynamische Beanspruchungen 445
9.5 Einfluss des Grundwassers auf den Erddruck 445
9.6 Winkelstützwände 448
9.7 Weitere Hinweise 451
10. Mobilisierung des Erddrucks 454
10.1 Übersicht 454
10.2 Grenzwerte der Verschiebung bei Erreichen des aktiven Erddrucks 455
10.3 Grenzwerte der Verschiebung bei Erreichen des passiven Erddrucks 456
10.4 Mobilisierungsfunktionen 458
11. Anwendungshinweise 463
11.1 Erddruckneigung und Wandreibungswinkel 463
11.2 Ansatz des Erddrucks in Abhängigkeit der Verschiebung 466
11.3 Erddruckumlagerung 469
11.4 Erddruck als günstige Einwirkung 470
12. Literatur 471
Anhang 478
1.7 Stoffgesetze für Böden 487
1. Einführung 488
2 Frequently asked questions 489
3. Bedeutung von Stoffgesetzen für die Geotechnik 491
4. Merkmale des Bodenverhaltens 492
4.1 Elementversuche 492
4.2 Kompressionsverhalten 493
4.3 Scherverhalten 495
4.4 Druck- und Dichteabhängigkeit 498
4.5 Verhalten undränierter Proben 499
4.6 Kritische Zustände 500
4.7 Einfluss der Deformationsgeschichte 502
4.8 Zyklisches Verhalten 503
4.9 Realität 503
5. Mathematische Struktur von Stoffgesetzen 504
5.1 Grundbegriffe, Tensoren 504
5.2 Elastische Stoffe im Allgemeinen 505
5.3 Einfluss der Geschichte 506
5.4 Homogenität 507
5.5 Invarianz, Isotropie, Objektivität 508
5.6 Eindeutigkeit 509
5.7 Maßstabseffekt 510
5.8 Kontinuumsmechanische und diskrete Betrachtungen 510
6. Hierarchie und Bestandteile von Stoffgesetzen 511
6.1 Lineare Elastizität 511
6.2 Elastoplastische Stoffgesetze 513
6.3 Hypoplastische Stoffgesetze 523
6.4 Antwortumhüllende 524
7. Besondere Fragestellungen 525
7.1 Wassergesättigter Boden 525
7.2 Stoffgesetze für teilgesättigten Boden 527
7.3 Stoffgesetze für schnelle Verformungen 527
7.4 Zeitabhängigkeit 528
7.5 Zementierung 528
7.6 Kornbruch 529
7.7 Thermische, chemische und biologische Effekte 529
8. Ergänzende Aspekte von Stoffgesetzen 529
8.1 Allgemeinheit 529
8.2 Kalibrierung 529
8.3 Stoffkonstanten und Zustandsgrößen 530
8.4 Thermodynamische Konsistenz 531
8.5 Große Verformungen 531
8.6 Entfestigung 532
8.7 Höhere Kontinua 532
9. Stoffgesetze in der Praxis 533
10. Literatur 534
1.8 Stoffgesetze und Bemessungsansätze für Festgestein 541
1. Einführung 541
2. Allgemeine Eigenschaften 541
2.1 Fels und Boden 541
2.2 Diskontinuitäten 544
2.3 Genität, Tropie und Betrachtungsbereich 549
2.4 Bruch- und Verformungsverhalten 552
3. Stoffgesetze 555
3.1 Allgemeines 555
3.2 Elastisches Materialverhalten 555
3.3 Elastoplastisches Materialverhalten 557
3.4 Viskoplastisches Materialverhalten 564
3.5 Trennflächen 565
3.6 Homogenisierung 574
3.7 Schädigungsmodelle 576
4. Durchströmung des Gebirges 577
4.1 Allgemeines 577
4.2 Durchströmung von Gestein und einer Trennfläche 578
4.3 Homogenisierung 580
4.4 Nicht homogenisierbare Fälle und Sonderfälle 581
5. Bemessungsansätze 582
5.1 Allgemeines 582
5.2 Gleiten – ebener Fall 585
5.3 Gleiten – räumlicher Fall 587
5.4 Kippen 590
5.5 Knicken 595
5.6 Steinfall 596
6. Literatur 599
1.9 Bodendynamik 603
1. Einleitung 603
2. Schwingungen einfacher Systeme 604
2.1 Allgemeines 604
2.2 Freie Schwingungen 605
2.3 Erzwungene, gedämpfte Schwingungen 607
2.4 Viskose Dämpfung 609
3. Wellenausbreitung im Boden 611
3.1 Allgemeines 611
3.2 Eindimensionale Wellenausbreitung 612
3.3 Verhalten von Wellen an Trennflächen 613
3.4 Ausbreitung von vertikal propagierenden Wellen in einer Bodenschicht 614
3.5 Oberflächenwellen 615
4. Bodenverhalten bei zyklischer Belastung 617
4.1 Spannungs-Dehnungs-Verhalten 617
4.2 Äquivalent-lineares Modell 620
4.3 Nichtlineare Modelle 631
4.4 Zyklische Setzungen 636
5. Messung von dynamischen Bodenkenngrößen 638
5.1 Feldversuche 638
5.2 Laborversuche 643
6. Dynamisch belastete Fundamente 646
6.1 Steifigkeitsfunktionen 646
6.2 Boden-Bauwerk-Interaktion 651
6.3 Pfahlgründungen 652
7. Literatur 653
1.10 Numerische Verfahren in der Geotechnik 663
1. Einleitung 663
2. Besonderheiten der Geotechnik 664
3. Bedeutung der Stoffmodelle für den Baugrund 667
4. Die verschiedenen numerischen Verfahren 670
4.1 Übersicht über numerische Verfahren 670
4.2 Kurzbeschreibung mathematischer und mechanischer Grundlagen 679
5. Verformungsberechnungen typischer geotechnischer Aufgaben 702
5.1 Vorbemerkungen 702
5.2 Gründungen 702
5.3 Dämme 712
5.4 Gesicherte Böschungen und Verbaukonstruktionen 717
6.Standsicherheitsberechnungen typischer geotechnischer Aufgaben 727
6.1 Vorbemerkungen 727
6.2 Verkehrsbauliche Dämme 727
6.3 Wasserbauliche Dämme 728
6.4 Böschungen 732
6.5 Baugrubenwände 737
7. Weitere Anwendungen numerischer Verfahren 738
7.1 Vorbemerkungen 738
7.2 Verformungsberechnungen beim Einsatz von Geokunststoffen 738
7.3 Dynamische Verformungsberechnungen bei Erdbebenbeanspruchungen 741
8. Schlussbemerkungen 743
9. Literatur 744
1.11 Massenbewegungen 751
1. Einleitung 751
2. Mechanismen 762
2.1 Gleiten 763
2.2 Kippen, Knicken, Abscheren 772
2.3 Fallen 776
2.4 Fließen 778
2.5 Kriechen und Driften 784
3. Auslöser 788
3.1 Veränderung der Hanggeometrie 788
3.2 Veränderung der Bergwasserverhältnisse 789
3.3 Veränderung der Lasten 792
3.4 Veränderung der Festigkeit 793
4. Erkennen von Bewegungspotenzialen 794
4.1 Erkundung 794
4.2 Geomorphologische Ansprache 795
4.3 Bodenansprache 796
4.4 Gebirgsansprache 799
4.5 Hydrogeologische Ansprache 805
4.6 Biologische Ansprache 806
4.7 Anthropogene Ansprache 807
4.8 Synthesekarte 807
5. Gefahrenabwehr 808
5.1 Gefährdungskarten 808
5.2 Monitoring 810
5.3 Schutzmaßnahmen 812
5.4 Stabilisierungsmaßnahmen 815
5.5 Geokompatible Böschungsausbildung 816
6. Klimawandel 818
6.1 Trigger im Klimawandel 818
6.2 Driver des Klimawandels 818
6.3 Anpassung an den Klimawandel 820
7. Zusammenfassung und Ausblick 821
8. Literatur 822
1.12 Ingenieurgeodäsie – Zustandsdokumentation und Überwachungsmessung 845
1. Aufgabenbereiche der Ingenieurgeodäsie 845
2. Inhalte ingenieurgeodätischer Überwachungsmessungen 846
3. Rekapitulation geodätischer Grundlagen 848
3.1 Allgemeines 848
3.2 Geodätische Bezugssysteme 849
3.3 Korrektionen und Reduktionen geodätischer Observablen 852
3.4 Koordinatentransformationen 855
3.5 Geodätische Netzausgleichung 857
4. Ingenieurgeodätische Messverfahren 861
4.1 Allgemeines 861
4.2 Bestimmung einzelner Messgrößen 862
4.3 Linienweise Messungen 870
4.4 3-D-Koordinatenbestimmungen 874
4.5 Geosensornetze 883
5. Auswertemethoden 885
5.1 Allgemeines 885
5.2 Deskriptive Verformungsanalyse 885
5.3 Zeitreihenauswertung 888
5.4 Integrierte Auswertemodelle 892
6. Literatur 894
1.13 Instrumentierung und Monitoring in der Geotechnik 897
1. Einleitung 897
2. Ziel geotechnischer Messungen 898
2.1 Instrumentierung und Feldversuche in der Sondierphase 899
2.2 Sicherheit und Beweissicherung 899
2.3 Qualitätskontrolle 899
2.4 Instrumentierungen bei der Beobachtungsmethode 899
3. Messgrößen 900
3.1 Messgrößen im Baugrund 900
3.2 Messgrößen während der Bauausführung 901
3.3 Messgrößen in Tragteilen 902
3.4 Messgrößen bei angrenzenden Objekten 902
3.5 Messgrößen bei permanenten Bauwerken 903
3.6 Messgrößen bei Sanierungen von Bauwerken 903
4. Messkonzept 904
4.1 Begriffe der Messtechnik 904
4.2 Sensoren und Sensorsysteme 905
4.3 Instrumentierung 907
4.4 Monitoring 908
4.5 Datenerfassungsarten 909
4.6 Datenmanagement 910
5. Messinstrumente in der Geotechnik 915
5.1 Verschiebungsmessungen 915
5.2 Messungen des Porenwasserzustands 940
5.3 Dehnungs-, Kraf- tund Spannungsmessungen 949
5.4 Temperaturmessungen 951
5.5 Prüfungen 954
5.6 Immissionsmessungen / Erschütterungsmessungen 956
6. Fallbeispiele 958
6.1 Tiefe Baugruben, angrenzende Gebäude 958
6.2 Probeschüttungen, Barcelona und Venedig 969
6.3 Kavernen und Staumauerbau: Pumpspeicherwerk Limmern 971
6.4 Überwachung instabiler Hänge 982
6.5 Probebelastungen an Tragteilen und Pfählen 987
6.6 Sanierung eines Bauwerks: Adlertunnel 990
6.7 Anwendung von linienweisen Messungen 994
7. Literatur 996
Stichwortverzeichnis 999
Inserentenverzeichnis 1017
EULA 1018

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 25.4.2017
• Reihe/Serie: Grundbau-Taschenbuch
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• Schlagworte: Bauingenieur- u. Bauwesen • Erd- u. Grundbau • Geotechnik • Grundbau • Grundbau / Geotechnik
• ISBN-13: 9783433607244 / 9783433607244