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Hydraulischer Grundbruch. Zur erforderlichen Einbindetiefe bei Baugruben in nichtbindigem Baugrund

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[Quelle: http://d-nb.info]

Im innerstädtischen Bereich werden großflächige Grundwasserabsenkungen für die Errichtung von Untergeschossen oder Infrastrukturmaßnahmen immer seltener ausgeführt. Stattdessen kommen entweder aufwendige Spezialtiefbaumaßnahmen wie Injektionen oder Unterwasserbetonsohlen zum Einsatz oder die Verbauwände sind so tief auszuführen, dass es infolge der Grundwasserumströmung und der damit verbundenen aufwärtsgerichteten Strömungskraft nicht zum Versagen durch hydraulischen Grundbruch kommt. Die Ermittlung der für den Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch erforderlichen Einbindetiefe kann durch die Auswertung von Potenzialverteilungen erfolgen, wofür in der Regel in einem iterativen Prozess mehrere numerische 3D-Strömungsberechnungen notwendig sind. Daher existieren zahlreiche Näherungslösungen, die jedoch entweder selbst eine iterative Vorgehensweise erfordern oder teilweise deutlich auf der unsicheren Seite liegen, da sie wesentliche Randbedingungen vernachlässigen. In der Arbeit wurden daher umfangreiche numerische Strömungsberechnungen durchgeführt. Anhand der Ergebnisse wurden Abhängigkeiten der erforderlichen Einbindetiefe von verschiedenen Randbedingungen aufgezeigt. Schließlich wurden auf Grundlage der erhaltenen Ergebnisse dimensionslose Bemessungsdiagramme aufgestellt. Mit diesen ist es möglich, die erforderliche Einbindetiefe T bezogen auf die Wasserspiegeldifferenz H, in Abhängigkeit von den verschiedenen Randbedingungen (B, L, S, gamma`, Anisotropie, Schichtung) sowie unter Berücksichtigung des nach Eurocode 7-1 bzw. DIN 1054 geforderten Sicherheitsniveaus schnell und einfach zu ermitteln. Abschließend wurde in Ergänzung zu den dimensionslosen Bemessungsdiagrammen schrittweise eine Näherungsformel aufgestellt. Mit dieser Näherungsformel kann die erforderliche Einbindetiefe analog zu den Diagrammen in Abhängigkeit der einzelnen Randbedingungen ermittelt werden. Der Einfluss aus anisotropen sowie geschichteten Baugrundverhältnissen kann durch Zuschläge in der Formel berücksichtigt werden.

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Bücher, Broschüren

Jens Engel, Carsten Lauer
Einführung in die Boden- und Felsmechanik
Lehrbücher des Bauingenieurwesens
Grundlagen und Berechnungen
2., Aufl.
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Hanser Fachbuchverlag

 

 

Ingenieurgeologie sowie Boden- und Felsmechanik sind Teilgebiete der Geotechnik und bilden den Rahmen für den Inhalt des Buches. Es werden die Grundlagen für die Vorhersage der Wechselwirkung zwischen Bauwerk und Baugrund behandelt. Dies umfasst die Beschreibung der Zusammensetzung des Baugrunds, seiner Entstehungsgeschichte, die Bestimmung der erforderlichen mechanischen und hydraulischen Kennwerte sowie Berechnungsverfahren für rechnerische Prognosen. Zur besseren Veranschaulichung wird ein Beispielprojekt eingeführt. Die Übungsbeispiele beziehen sich auf dieses fiktive Bauvorhaben. Das Buch richtet sich vor allem an Studierende des Bauingenieurwesens, soll aber auch dem praktisch tätigen Ingenieur Anregungen bieten und enthält viele Arbeitsmittel, die die Bearbeitung unterschiedlicher Aufgabenstellungen erleichtern. Die Planung und Berechnung der eigentlichen konstruktiven Lösung wird in den Fächern Grund-, Erd- und Dammbau behandelt und ist Gegenstand eines weiteren Bandes, der in der Reihe erschienen ist. In diesem wird auf den Grundlagen des hier beschriebenen Buches aufgebaut und das Beispielprojekt bezüglich der gründungstechnischen Konstruktionen vertieft. In der zweiten Auflage wurden die Berechnungen und Beispiele auf die aktuellen Normen umgestellt. Weiter wurden Beispiele ausgetauscht und weitere hinzugefügt.

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Armin Ziegler
Bauwerksdynamik und Erschütterungsmessungen
2017, xi, 306 S., 18 SW-Abb., 262 Farbabb. 240 mm, Hardcover
Springer, Berlin

 

 

Der Band gibt eine Einführung in die Dynamikprobleme im Bauwesen. Dazu gehören Bauwerks- und Baugrund-Dynamik sowie Erschütterungsmessung. Weitere Schwerpunkte sind Erschütterungsausbreitung beim Schienenverkehr, Fußgängerbrücken und Kirchtürmen. Anhand von zahlreichen Beispielen aus der Praxis wird die Anwendung der Theorie gezeigt. Aus dem Inhalt: - Grundlagen der Bauwerksdynamik; - Grundlagen der Baugrunddynamik; - Erschütterungsmessung im Bauwesen; - Erschütterungsausbreitung beim Schienenverkehr; - Fußgängerbrücken; - Dynamik der Glockentürme; - Schwingende Balkone; - Erschütterungsüberwachung; - Simulation von Bauwerksdynamikproblemen; - Simulation von Bodendynamik-Problemen; - Die Tücken der Bauwerksdynamik.

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Norbert Giesler
Die neue Erddrucklehre
auf den reinen Grundlagen der Physik
2017, 363 S., 232 mm, Softcover
Europäische Verlagsgesellschaften

 

 

Der Autor hat eigene umfangreiche Studien zum Erddruck zusammengefasst und daraus eine neue Erddrucklehre - ausschließlich unter Verwendung der physikalischen Gesetze - entwickelt. Die Berechnungsmodelle werden durch die Novellierung des Mehrphasensystems der Bodenmechanik ergänzt. Danach lassen sich die Bodenkennziffern von trockenen, feuchten und nassen Böden sowie von Böden unter Wasser ermitteln und stufenlos über deren Neigungswinkeln in den "Halbkreis der Bodenarten" einordnen. Der Einsatz empirischer Berechnungswerte wird damit überflüssig. Die neue Erddrucklehre repräsentiert in ihrer Komplexität den neuesten Stand der heutigen Technik. Sie erlaubt die Erdkräfte gegen Bauwerke, wie Stützwände, Widerlager von Brücken, erdverlegte Rohrleitungen /Kanäle und Tunnelstrecken exakt zu berechnen und damit Bauschäden auf Dauer zu vermeiden. Ebenso lassen sich die Tragfähigkeit von Böden unter Fundamenten oder Pfählen, sowie der Bewegungsdrang des Bodens in Berghängen ermitteln.

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Henner Türke
Statik im Erdbau
E&, Band S Zeitlos - Klassike
2017, XIII, 306 S., 396 SW-Abb., 111 Tabellen. 244 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Bei der statischen Berechnung von Erdbauten stehen die Probleme der Standsicherheit im Vordergrund. In diesem Buch werden die Nachweise für Böschungen, Dämme sowie Stützmauern behandelt und in übersichtlichen Tafeln dargestellt. Ausgewählte Zahlenbeispiele verdeutlichen die Zusammenhänge zwischen den Sicherheitsbedingungen. Die Erdbaumechanik, die den Hauptteilen "Erdbausysteme" und "Berechnungsverfahren" zugrunde liegt, ist eine beständige Grundlage der Statik im Erdbau. Damit ist dieser unveränderte Nachdruck des zuletzt 1999 erschienen Standardwerkes auch heute noch ein wertvolles Nachschlagewerk für die Planungspraxis. Das Buch erscheint in der Reihe "Ernst & Sohn Zeitlos" als unveränderter Nachdruck.

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Gerd Möller
Geotechnik
Bodenmechanik
3., Aufl.
2016, 584 S., m. 358 Abb. u. 107 Tab. 24,5 cm, Softcover
Ernst & Sohn

 

 

Der Band vermittelt alle wichtigen Aspekte über den Aufbau und die Eigenschaften des Bodens, die bei der Planung und Berechnung sowie bei der Begutachtung von Schäden des Systems Bauwerk-Baugrund zu berücksichtigen sind. Schwerpunkte sind die Baugrunderkundung, die Ermittlung von Bodenkennwerten im Labor sowie die Behandlung von Setzungs- und Tragfähigkeitsnachweisen einschließlich des Erddrucks. Alle Darstellungen basieren auf dem aktuellen technischen Regelwerk. Zahlreiche Beispiele, die nachvollziehbar erläutert werden, sowie eine große Anzahl von Hinweisen auf den Umgang mit den zu beachtenden Normen und weiterführende Literatur erleichtern das Verständnis.; The book described all aspects of ground properties with the emphasis on site investigation, ground parameters, settlement and load-bearing verifications. Provided with numerous examples, this is an essential clarification aid for daily design practice.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
Portal Bauforschung

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Christos Vrettos, Oliver Kornadt, Andreas Becker, Leila Nagel, Elisabeth Seibel, Albert Vogel, Marc Oliver Rosenquist
Prognose des strukturinduzierten sekundären Luftschalls aus dem Schienenverkehr. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3089
2018, 100 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Entwicklung eines Prognoseverfahrens für den sekundären Luftschall, der durch den Körperschall der Bauteile eines Gebäudes generiert wird, steht im Fokus dieses Projektes. Als Quelle wird in diesem Fall der schienengebundene Verkehr untersucht, der durch den Untergrund in den angrenzenden Gebäuden über die Schwingungen der Bauteile als sekundärer Luftschall wahrgenommen wird. Mit diesem Vorhaben wird die Erweiterung des bestehenden Modells auf inhomogene Bodenverhältnisse mit Pfahlgründungen und eine fundierte Verifizierung des Modelles angestrebt. Dabei werden verschiedene Bodentypen, z.B. geschichtete Böden und gebäudeseitig die induzierten Schwingungen in den unterschiedlichen raumbegrenzenden Flächen untersucht. Methodisch sollen sowohl numerische Berechnungen als auch messtechnische Untersuchungen durchgeführt werden und ein praxistaugliches Verfahren entwickelt werden.

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Benjamin Aulbach, Martin Ziegler, Sarah Horsten, Nils Peter Huber
Sicherheitsnachweise für den Hydraulischen Grundbruch - Erweiterung für den räumlichen Fall und für geschichteten sowie anisotropen Boden. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3274
2012, 137 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden umfangreiche Berechnungen zur Ermittlung der für die Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch erforderlichen Einbindetiefe für den ebenen und begrenzt für den räumlichen Fall durchgeführt. Als Ergebnis wurden dimensionslose Bemessungsdiagramme zur einfachen Ermittlung der erforderlichen Einbindetiefe erhalten, welche die Geometrie und im räumlichen Fall die veränderten Anströmungsverhältnisse berücksichtigen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, dass die Verwendung von Näherungsverfahren, welche weder die geometrischen Verhältnisse noch die räumliche Anströmung berücksichtigen, zu Einbindetiefen führen, welche oftmals auf der unsicheren Seite liegen. Im ebenen Fall wurden sowohl günstiger als auch ungünstiger Baugrund und verschiedene Wichten untersucht. Die Untersuchungen im räumlichen Fall beschränkten sich hingegen bisher auf günstigen Baugrund mit einer Wichte unter Auftrieb von 11 kN/m hoch 3. Bisher noch überhaupt nicht betrachtet wurden geschichteter und hinsichtlich der Durchlässigkeit anisotroper Boden. Aus diesem Grund sollten die bisherigen Untersuchungen fortgesetzt und die Bemessungsdiagramme um die noch fehlenden Fälle ergänzt werden. Ziel des neuen Forschungsvorhabens war es, auch im räumlichen Fall für ungünstigen Baugrund und für verschiedene Wichten Untersuchungen anzustellen und die bisher bestehenden Bemessungshilfen dahingehend zu ergänzen. Weiterhin sollten Untersuchungen zu geschichtetem Baugrund sowie zu anisotropen Verhältnissen angestellt werden, so dass für nahezu alle geometrischen und hydraulischen Verhältnisse und für komplizierte Baugrundsituationen einfach zu handhabende Bemessungsdiagramme bzw. Empfehlungen zur Verfügung stehen. Darüber hinaus sollten auch Untersuchungen zu Verbauwänden mit abgetreppten Verbauwänden angestellt werden. Damit umfangreiche Untersuchungen im räumlichen Fall innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens möglich wurden, wurde zunächst ein lnterFaceManager-Modul entwickelt. Mit diesem wurde ein Teil der Model

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M. Goldscheider
Vergleichende Versuche mit einem konventionellen und einem parallel geführten Rahmenschergerät als Grundlage für DIN 18137-3. Schlussbericht
2003, 72 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das konventionelle Rahmenschergerät nach Casagrande weist aufgrund seiner Konstruktion Imperfektionen auf, durch welche der Scherwiderstand des Probekörpers verfälscht werden kann. Daher wurden Konstruktionen mit Parallelführungen vorgeschlagen, von denen sich eine noch nach Aufnahme in E DIN 18137-3 als fallweise grob fehlerhaft erwies. Daraufhin wurde in DIN 18137-3 neben dem konventionellen Gerät eine Konstruktion mit senkrechten und unabhängigen Parallelführungen des oberen Rahmens und der Belastungsplatte aufgenommen. Mit dieser besser durchdachten Bauweise lagen allerdings erst wenige Erfahrungen vor. In dieser Forschungsarbeit wurde durch vergleichende Versuche mit verschiedenen Böden untersucht, ob in den Versuchsergebnissen aus dem konventionellen und dem verbesserten Gerät wesentliche Unterschiede bestehen oder beide Geräte als geeignet zu beurteilen sind und welches Gerät gegebenenfalls vorzuziehen ist. Dabei wurde folgendes festgestellt: Beim Gerät mit unabhängigen senkrechten Parallelführungen gab es keine Anzeichen für systematische Verfälschungen. Die Drehung der Kopfplatte beim konventionellen Gerät während des Abscherens hat keinen merklichen Einfluss auf den resultierenden Scherwiderstand des Probekörpers, sondern wirkt sich nur auf die Schubsteifigkeit und die Verformungen aus. Dagegen kann die Scherfestigkeit bei diesem Gerät erheblich durch die senkrechte Reibungskraft zwischen oberem Rahmen und Belastungsplatte verfälscht werden. Diese Reibungskraft tritt dann auf, wenn die Höhe des Probekörpers durch das Abscheren bis zum Grenzzustand durch Kontraktanz abnimmt; es entsteht aber kein Fehler, wenn die Höhe des Probekörpers durch Dilatanz zunimmt oder konstant bleibt. Daher ist das konventionelle Gerät für Sand und Schluff, die sich meist dilatant verhalten, geeignet und ausreichend genau. Beim untersuchten Ton dagegen wurde der Reibungswinkel durch diesen Effekt um 4 Grad bis 5 Grad nach oben verfälscht. Der Fehler ist nicht an inneren Widersprüchen innerhalb einer Versuchsserie zu erkennen.

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Michael Ulrich
Korrelationen zwischen Korngrößenverteilung und Proctordichte. Schlußbericht
2002, 60 S., Abb., Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Forschungsbeitrag analysiert mittels statistischer Methoden die Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Kennwerten der Korngrößenverteilung und der Proctordichte grobkörniger Böden. Er formuliert Rechenansätze, die es gestatten, die zu erwartende Proctordichte auf Basis der Korngrößenverteilung überschläglich zu ermitteln und stellt damit eine leicht zu handhabende Methode der Plausibilitätskontrolle für Proctorversuche zur Verfügung, welche die Qualitätssicherung bei Verdichtungsarbeiten unterstützt. Für die statistische Auswertung wurden ca. 5000 Versuche an Proben aus natürlichen Sanden, Kiesen und gemischten Böden (Recycling-Material) aus dem Berliner Raum durchgeführt und die Abhängigkeit der Proctordichte vom optimalen Wassergehalt und anderen Parametern der Korngrößenverteilung untersucht.

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D. König, O. Syllwasschy
Beanspruchung von tiefen Schächten in Deponien. Abschlußbericht
1995, 110 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Schächte in Deponien sind gleich- und ungleichförmigen Radialspannungen, vertikalen Beanspruchungen durch negative Mantelreibung sowie Schrägstellungen und Krümmungen infolge Verformungen im Abfall ausgesetzt. Als Folge hiervon treten Schäden an den Schächten bis hin zum totalen Funktionsverlust auf. Ziel war es, Aussagen über die Größe der mechanischen Beanspruchung von Schachtbauwerken in Deponien in Abhängigkeit der grundsätzlichen Eigenschaften der Schachtkonstruktion und der Abfalleigenschaften zu erarbeiten. Es sollen die Grundlagen für ein bisher fehlendes Bemessungsverfahren geschaffen werden. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen Versuche mit der geotechnischen Großzentrifuge der Ruhr-Universität Bochum. Die Anordnung eines Kiesmantels um den Schachtausbau hat zusammen mit einer radialsymmetrischen Belastung einen ungünstigen Einfluß auf die negative Mantelreibung in Zusammenspiel mit einem steifen Ausbau. Die lastverteilende Funktion des Kiesmantels bei asymmetrischen Belastungen wird durch die Versuche bestätigt. Voraussetzung ist hier, daß der Kiesmantel ausreichend dick ist.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Bode, Manuel; Schranz, Fabian; Medicus, Getraud; Fellin, Wolfgang
Vergleich unterschiedlicher Materialmodelle an einer Aushubsimulation
Geotechnik, 2019

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Grabe, Jürgen
Vienna - Terzaghi Lecture 2019: Geomechatronik - ein Zukunftsfeld
Bauingenieur, 2019

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Raithel, Marc; Kirchner, Andreas; Leusink, Eric
Zur Festlegung von Federsteifigkeiten für die Erfassung des Tragverhaltens von Pfahlgründungen
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2019

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Wolffersdorff, Peter?Andreas von
Informationen und Empfehlungen des Arbeitskreises 1.6 "Numerik in der Geotechnik". Berechnung der Standsicherheit mit der FEM durch Reduzierung der Festigkeitsparameter
Geotechnik, 2019

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Hleibieh, Jamal; Herle, Ivo
Numerische Bestimmung der Standsicherheit von Böschungen unter Erdbebeneinwirkung am Beispiel eines Erddamms im Zentrifugenversuch
Geotechnik, 2019

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